Universidade da Amazônia – UNAMAEngenharia Civil

Ender Farias Costa

BOCAIS

BELÉMJUNHO/2013

Ender Farias Costa

BOCAIS

Trabalho solicitado pela professora Elzelis de

Aguiar Muller; Disciplina: Fenômeno de

Transporte Experimental, como avaliação do

2º NI; Curso Engenharia Civil; turma: 3ENV1.

BELÉMJUNHO/2013

Sumário

1- Introdução......................................................................................................................4

2- Bocais............................................................................................................................5

2.1- Conceito.....................................................................................................................5

2.2- Classificação de bocais..............................................................................................5

2.2.1- Bocal cilíndrico...........................................................................................................5

2.2.1.1- Interior ou reentrante...............................................................................................5

2.2.1.2- Exterior....................................................................................................................6

2.2.2- Bocal Cônico..............................................................................................................6

2.2.2.1- Convergente.............................................................................................................7

2.2.2.2- Divergente...............................................................................................................7

2.2.3- Bocal agulheta............................................................................................................8

2.2.4- Experiências de Venturi..............................................................................................8

2.3- Vazão nos bocais...........................................................................................................8

2.4- Comparação entre perdas de carga................................................................................9

2.4.1- Com entrada normal...................................................................................................9

2.4.2- Com entrada arredondada...........................................................................................9

2.5- Exemplos.......................................................................................................................9

3- Conclusão....................................................................................................................12

4- Bibliografia Consultada...............................................................................................13

1-

1- Introdução

O presente trabalho é sobre Bocais, peças que são agregadas a orifício para

direcionar o jato de um determinado fluido. Esses bocais são do tipo cilíndrico, cônico e de

agulheta. Alem de mostrar a classificação, verificar-se-á experiência realizada por Venturi,

além da vazão dos bocais, bem como a comparação de perdas de cargas em entrada normal e

arredondada.

Para o desenvolvimento do referido trabalho se utilizou de pesquisas bibliográficas.

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2- Bocais

2.1- Conceito

Os bocais são peças tubulares que são adaptadas para ser agregadas aos orifícios

executados nas paredes ou no fundo de reservatórios, com o intuito de direcionar o jato de

fluidos que serão escoados de um determinado reservatório. O escoamento através desse

dispositivo tem o mesmo fundamento teórico do escoamento através de orifícios. O seu

comprimento deve ser de 1,5 e 3,0 vezes o seu diâmetro. Ele pode ser apresentado como um

meio termo entre a placa de orifícios e o tubo de Venturi.

2.2- Classificação de bocais

2.2.1- Bocal cilíndrico

2.2.1.1- Interior ou reentrante

É um tubo cilíndrico que se projeta para o interior da parede, conforme demonstra a

figura 2.1. Esse tipo de bocal corresponde a menor vazão, seu coeficiente de descarga é de

0,51. É utilizado para determinar o coeficiente de descarga, em laboratórios, com boa

aproximação. Mas seu jato é estável. Permite um tratamento analítico para determinar a

relação entre os coeficientes de contração velocidade. O H refere-se a linha média do bocal; o

A, a área geométrica e Ac, a área da seção contraída, referente a um reservatório de grande

dimensões. Neste caso a pressão hidrostática na seção a-a, é desprezível. Para um coeficiente

de velocidade C v=0,98,C c=0,52e Cd=Cv .Cc=0,51, neste caso a vazão do bocal se compreende por:

Q=0,51 A√2gH . Caso o comprimento do bocal for menos que 2D, o coeficiente de vazão

aumenta, sendo o valor de Cdreferente aos orifícios de parede espessa. Se ocorrer do tubo ser

5

Figura 2.1 – Bocal interior

maior que 2,5D, a veia liquida preenche totalmente a seção do bocal, produz uma descarga

semelhante aos tubos adicionados.

2.2.1.2- Exterior

O bocal, neste caso, encontra-se fora do reservatório. Sua perda de descarga é maior

que um orifício de igual dimensão.

Na figura 2.2, é visualizado um bocal cilíndrico externo com comprimento L e

diâmetro D, carga H e área contraída AC, numa região de alta velocidade e baixa pressão,

pressão essa que contorna o jato após deixar o bocal seção S de área A.

A lei da descarga desse bocal pode ser determinada pela equação de Bernoulli e da

continuidade e das definições dos coeficientes dos orifícios. Usa-se então a equação:

H= V2

2g+∆h. Compreende-se que ∆ h é a perda de carga entre as seções. A maior perda

ocorre na fase de expansão do jato. Nesta expressão, alguns autores propõe adicionar uma

pequena fração K de energia cinética a vazante da contração, dada a impossibilidade de

determinar analiticamente todas as perdas de energia. Desta maneira a equação acima se

torna: H= V2

2g+¿¿¿ . O valor proposto por Bélanger para K é de

19

, independente da relação

de áreas. Enquanto Hanocq propôs de maneira geral a seguinte equação para determinar K:

k=0,18.( AAc−1).

2.2.2- Bocal Cônico

6

Figura 2.2 – Bocal exterior

Os bocais cônicos têm como objetivo aumentar a vazão.

2.2.2.1- Convergente

Os bocais convergentes, figura 2.3, a descarga é máxima para θ=13° 30 :Cd=0,94.

Levando em consideração esses dados, tem-se a seguinte equação para determinar a descarga:

Q=0,94. A0√2g h

2.2.2.2- Divergente

De acordo com as experiências de Venturi, um ângulo de divergências de 5º (figura

2.4) somado a um tubo com comprimento igual a nove vezes o diâmetro da seção

estrangulada permite os mais altos coeficientes de descarga, segundo Azevedo Neto. Para

determinar a descarga usa-se: Q=A0 √2 gh.

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Figura 2.3 – Bocal convergente

Figura 2.3 – Bocal divergente

2.2.3- Bocal agulheta

Este tipo de bocal tem várias finalidades, dentre elas temos o combate a incêndios, em

limpeza, nas aplicações agrícolas (figura 2.5), tratamento de água e muitos outros. O

coeficiente de descarga geralmente está entre 0,95 e 0,98.

2.2.4- Experiências de Venturi

De acordo com a Experiência de Venturi, percebeu-se que a vazão se eleva com a

adição de um bocal, com isso perdas de energia são criadas. A pressão existente na coroa de

depressão é menor que a pressão atmosférica. Para isso, Venturi introduziu, no bocal um tubo

de vidro e verificou que o valor de 0,75h tem um limite de 1 atm. Neste caso a descarga, com

a adição de um bocal é feita contra uma pressão menor, desta maneira elevando a vazão. Com

a existência do bocal permite a formação e manutenção da coroa de depressão.

2.3- Vazão nos bocais

A vazão nos bocais é aplicada através da formula geral, deduzida para orifícios

pequenos: Q=Cd A√2gh. O valor de Cd varia conforme a geometria do bocal.

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Figura 2.5 – Bocal agulheta

2.4- Comparação entre perdas de carga

2.4.1- Com entrada normal

Para bocais com entrada normal, o valor de Cv é de 0,82, ou seja, aplicando na formula

temos o seguinte resultado, h=( 1C2

v

−1) V2

2 g=( 1

0,822❑

−1) V2

2g=(1,5−1 ) V

2

2 g=(0,50−1 ) V

2

2 g ,

seria uma perda na entrada de apenas 50% .

2.4.2- Com entrada arredondada

Para bocais com entrada arredondada, o valor de Cv é de 0,98, ou seja, aplicando na

formula, temos o seguinte resultado,

h=( 1C2

v

−1) V2

2 g=( 1

0,982❑

−1) V2

2 g=(1,04−1 ) V

2

2g=(0,04−1 ) V

2

2 g , seria apenas 4% da carga de

velocidade.

2.4- Exemplos

- Você precisa analisar a situação de um reservatório em que a altura do fluido (água) é

de 11 m em relação ao eixo longitudinal de um bocal. Para tanto deve determinar a perda

de carga, a velocidade média na saída do bocal e a descarga.

Dados:

Bocal com entrada normal

D = 0,1 m (diâmetro do bocal)

Cd= 0,82

9

A=π4D 2

A=π4

0,82,2

A=7,854 x10−3m ²

v=QA

v= 0,0955m ³ /s7,854 x10−3m ²

v=12,16m /s

Q=CdA √2 ghQ=0,82.7,854 x10−3m ²√2.10m /s ² .11mQ=0,0955m ³ /s

Hp=0,5v ²2g

Hp=0,5(12,16m/ s) ²

2.10m /sHp=3,696

- Em um reservatório é constituído de um bocal com entrada arredondada de diâmetro D =

0,05 m e com velocidade média de 10 m/s. Determine a descarga, a carga e a perda de carga.

Dados:

Bocal com entrada arredondada

Cd= 0,82

A=π4D 2

A=π4

(0,05m)2

A=1,963x 10−3m ²

Q=CdA √2 gh

( QCdA ) ²=(√2gh )²

( QCdA ) ²=2gh

h=( 1,963 x10−2m ³ /s0,82.1,963 x10−3m ² )

2

= 12.10m / s ²

h=7,44m

Q=v . AQ=10m / s .1,963 x10−3m ²Q=1,963 x 10−2m ³/s

Hp=0,04v ²2 g

Hp=0,04(10m /s ²) ²2.10m /s

Hp=0,2m

- Determine a velocidade média, a área e a perda de carga de um bocal cilíndrico exterior.

Com as informações a seguir, calcule o que se pede sabendo-se que o bocal cilíndrico tem

concordância arredondada e provoca a descarga de 4L/s, sob a carga de 3,50m.

Informações adicionais:

Cv=0,98Cd=0,82

10

A= Q

Cd √2 gh

A= 4 x 10−3m /s0,82√2.10m /s ².3,5m

A=4 x10−3m/ s6,86m /s

A=5,8303x 10−4m/ s ²

V=QA

V= 4 x10−3m /s5,8303 x10−4m /s ²

V=6,86m /s

Hp=0,04v ²2 g

Hp=0,04(6,86m /s ²)²

2.10m /sHp=0,09m

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3- Conclusão

O estudo de bocais é de suma importância para a Construção Civil, pois o mesmo

serve para inúmeras aplicações conforme mencionando no desenvolvimento do trabalho.

Com as perdas de cargas observou-se que tais perdas ocorrem devido ao atrito do fluido com as paredes do conduto, ao longo de toda sua extensão, com área transversal constante.

Nas perdas de carga localizadas observou-se que tais perdas ocorrem devido a singularidades presentes nas tubulações continuas como, por exemplo, reduções, ampliações, válvulas com área transversal não constante e suas funcionalidades, assim como suas possíveis utilizações.

As características dos fluidos, quanto às tubulações, conexões, bocais podem influenciar sua velocidade, vazão e temperatura, dai a necessidade do estudo destes mecanismos e suas perdas.

Mediantes os fatos exposto, ressaltamos a importância deste trabalho para um melhor entendimento da disciplina de mecânica dos fluidos, uma vez que os conceitos teóricos podem ser aplicados a experimentos práticos, induzindo-nos a uma melhor reflexão e analise.

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4- Bibliografia Consultada

AZEVEDO NETTO, José M.; ALVAREZ, G. A. Manual de hidráulica. 7ª Ed. São Paulo:

Edigar Blucher Ltda, 1985.

PORTO, Rodrigo de Melo. Hidráulica básica. 3ª Ed. São Carlos: EESC-USP, 2004.

"Bocais,Vertedouros e orifícios." TrabalhosFeitos.com. 05, 2012. Acessado 05,

2012.http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Bocais-Vertedouros-orificios/239005.html.

"Orificios e Bocais" TrabalhosFeitos.com. 05 2012. 05 2012 <http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Orificios-e-Bocais/239984.html>.

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