Qual a diferença de um bocal de Borda para um bocal cilíndrico externo?
Passo 1
O que o enunciado pede: explicar qual é a diferença entre um bocal de borda e um bocal cilíndrico externo.
Informações dadas/pressupostas: nenhuma grandeza numérica foi fornecida — a pergunta é conceitual. Vou listar características geométricas, efeitos no escoamento e consequências práticas para que você entenda e consiga responder isso numa prova.
Informações dadas/pressupostas: nenhuma grandeza numérica foi fornecida — a pergunta é conceitual. Vou listar características geométricas, efeitos no escoamento e consequências práticas para que você entenda e consiga responder isso numa prova.
Passo 2
Descrição geométrica de cada um (o ponto de partida):
- Bocal de borda: é um orifício feito em uma chapa fina cuja borda é afiada (canto pronunciado). Ou seja, o comprimento do orifício é desprezível comparado ao diâmetro; a parede interna logo termina na aresta. Visualize uma chapa perfurada muito fina — a água “sai” por um furo com borda viva.
- Bocal cilíndrico externo: é um orifício com uma garganta em forma de tubo (parede cilíndrica) cuja espessura/ comprimento
não é desprezível em relação ao diâmetro . Em outras palavras, é um tubo curto saindo da parede (um “trecho cilindrico” por onde o fluido passa antes de formar o jato).
Passo 3
O que muda no fluxo: contração e formação da vena contracta
- No bocal de borda a corrente de fluido que deixa o reservatório tende a convergir e formar a chamada vena contracta: a seção mínima do jato fica depois da borda. Isso acontece porque o fluido “entra” na região acelerando para passar pela aresta afiada.
- No bocal cilíndrico externo, se o tubo tem comprimento suficiente, o escoamento tem mais chance de “acomodar-se” às paredes e o jato apresenta menos contração (a seção efetiva tende a aproximar-se da área do tubo). Ou seja, a vena contracta é menor ou deslocada quando existe comprimento cilíndrico.
Passo 4
Coeficientes e fórmula de vazão — como isso aparece numericamente
- Fórmula prática de descarga para jatos livres:
onde
é a vazão,
é o coeficiente de descarga (engloba contração e perdas),
é a área do orifício,
é a aceleração da gravidade e
é a carga hidráulica disponível.
- No bocal de borda o coeficiente de descarga
é fortemente influenciado pela contração: costuma ser menor (valores típicos de referência para orifício de borda em água, regime turbulento, estão na faixa de a ). - No bocal cilíndrico externo o
depende muito do razão : para pequeno ele se aproxima do comportamento de orifício; para moderado a grande a contração diminui ( tende a 1), porém surgem perdas por atrito ao longo do tubo que reduzem o . Em resumo: contração menor, mas perdas de atrito maiores.
Passo 5
Perdas de energia: localizadas versus distribuídas
- Bocal de borda: perdas principais são localizadas na saída (efeito de contração e separação rápida). Essas perdas podem ser tratadas como uma perda singular.
- Bocal cilíndrico: além de possíveis perdas de entrada/saída, existe perda distribuída por atrito ao longo do comprimento do tubo; podemos estimá‑la com a fórmula de Darcy–Weisbach:
onde
é a perda por atrito,
é o fator de atrito (função do regime e rugosidade),
e
são comprimento e diâmetro do tubo e
é a velocidade média no trecho. Assim, mesmo com menor contração, um bocal cilíndrico longo pode entregar menos vazão devido ao somatório de perdas.
Passo 6
Comportamento do jato e aplicações práticas (por que escolher um ou outro?)
- Bocal de borda: jato mais contraído, saída mais “concentrada” pouco após a borda; usado quando se quer um dispositivo simples, pequeno custo, e em medições com tabela/calibração para orifício de borda. É comum em medições (orifício padrão) e aplicações onde o comprimento do orifício não é desejado.
- Bocal cilíndrico externo: jato mais “preenchido” pela área do tubo, às vezes mais estável em direção; usado quando se precisa de um jato com perfil conhecido, quando é necessário prolongar o orifício físico ou quando se quer controlar a forma do jato (sprays, bocais de saída). Também usado quando quer evitar a forte contração para encaixe com tubulação externa.
Passo 7
Regras práticas e como decidir em prova (o que observar no enunciado)
- Veja a relação
. Regras de bolso: se trate como orifício de borda (chapa fina); se é um orifício curto/curto-tubo (comportamento intermediário); se trate como tubo/ bocal cilíndrico com perdas por atrito. - Use tabelas ou valores padrão de
se o enunciado fornecer; caso não forneça, justifique a aproximação escolhida (ex.: “considero bocal de borda com porque ”).
Passo 8
Exemplo didático rápido (sem números do enunciado, para você praticar a aplicação)
Suponha que você tem área igual para os dois bocais e mesma carga
. Então compare qualitativamente:
Suponha que você tem área
- Bocal de borda:
com menor por contração. - Bocal cilíndrico:
com afetado por : pode ser maior que se for pequeno (menos contração) ou menor se for grande (muitas perdas por atrito). Assim, sem números, a comparação depende de e do regime (viscoso/turbulento).
Passo 9
Resumo conceitual final (para decorar e usar na prova)
- Bocal de borda = chapa fina + borda afiada → forte contração (vena contracta) → maiores perdas localizadas de contração →
relativamente baixo e bem caracterizado por tabela. - Bocal cilíndrico externo = tubo com comprimento apreciável → menor contração, mas perdas por atrito ao longo do tubo →
depende de e do fator de atrito; pode reduzir ou aumentar a vazão dependendo do comprimento relativo.
Resposta
O bocal de borda é um orifício em chapa fina com borda afiada que provoca grande contração do jato (vena contracta) e perdas localizadas, resultando em coeficiente de descarga tipicamente menor; já o bocal cilíndrico externo é um trecho tubular com comprimento apreciável (
não desprezível) que reduz a contração mas introduz perdas por atrito ao longo do tubo, de modo que o coeficiente de descarga depende de
e do regime de escoamento.