Quais são os tipos de vertedores que podem ser encontrados?

Passo 1

Você perguntou: “Quais são os tipos de vertedores que podem ser encontrados?”\n
Isso pede uma lista e explicação dos vários tipos de vertedores (dispositivos onde a água transborda/controla vazão). Não foram fornecidos dados numéricos nem figura; a tarefa é descrever os tipos, como reconhecê‑los, quando se usa cada um e, quando útil, apresentar a fórmula básica de descarga. Vou explicar passo a passo para você entender na prova e saber identificar cada tipo na hora.

Passo 2

Visão geral rápida (sem fórmulas ainda): vertedores podem ser classificados de maneiras diferentes, entre as principais:
  • por forma do bordo de escoamento (aresta afiada, bordo largo, curvo etc.);\n
  • por geometria do entalhe (retangular, triangular — “V”, trapezoidal/Cipoletti);\n
  • por arranjo especial (labirinto, sifão, lateral/side weir, composto);\n
  • por condição de escoamento (escoamento livre ou vertedor submerso / afogado);\n
  • por condição do nappe (nappe contraída/nappe suprimida).\n
    Nos próximos passos eu descrevo cada tipo, mostro as fórmulas mais usadas (quando fizer sentido) e dou dicas práticas para identificar e usar cada um.

Passo 3

Vertedor de aresta afiada (sharp‑crested weir)\n
Descrição: é o vertedor mais clássico — uma lâmina fina ou bordo agudo sob o qual a água “despeja” formando um nappe bem definido. Muito usado em medições e canais de laboratório.\n
Fórmula (escoamento livre, nappe descolado):\n
Q = \tfrac{2}{3}\,C_d\,L\,\sqrt{2g}\;H^{3/2}\n
Explicando a fórmula:\n
  • Q = vazão (m³/s);\n
  • C_d = coeficiente de descarga (adimensional), depende da razão entre altura e espessura do bordo e presença de correntes; tipicamente C_d está na ordem de 0{,}6 para bordos muito finos, mas varia;\n
  • L = comprimento efetivo do vertedor (m);\n
  • g = aceleração da gravidade ( 9{,}81\\ \mathrm{m/s^2});\n
  • H = carga (altura de água) acima da crista do vertedor, medida no plano de monte (m).\n
    Dica de prova: se vir um “bico” fino e pedirem calcular Q, essa fórmula é a primeira que aparece.

Passo 4

Vertedor de bordo largo / paralelepípedo (broad‑crested weir)\n
Descrição: o bordo superior é largo (piso horizontal ou chapeado), com fluxo que atravessa uma região onde o perfil é quase crítico. Usado quando se deseja passagem mais estável e menos aerada.\n
Comportamento e fórmula geral: a dependência com H é parecida (potência 3/2 em muitos casos), mas o coeficiente é diferente porque o escoamento desenvolve sobre o plano superior. Uma forma geral é:\n
Q = C_b\,L\,\sqrt{2g}\;H^{3/2}\n
Explicando:\n
  • C_b é coeficiente para bordo largo (menor ou maior que C_d de aresta afiada dependendo do comprimento do bordo);\n
  • identifica‑se porque a água “corre” sobre uma laje superior plana antes de cair.\n
    Dica: em barragens pequenas ou comportas de descarga se costuma usar esse tipo.

Passo 5

Vertedor triangular (V‑notch) — vertedor em V\n
Descrição: o entalhe tem seção triangular com ângulo do vértice \theta. Muito útil para medir vazões pequenas com boa sensibilidade a variações do nível.\n
Fórmula para um V simétrico (escoamento livre):\n
Q = \tfrac{8}{15}\,C_d\,\tan\!\biggl(\tfrac{\theta}{2}\biggr)\,\sqrt{2g}\;H^{5/2}\n
Explicando:\n
  • H agora é a altura da lâmina acima do vértice do V;\n
  • o expoente 5/2 mostra que a vazão cresce mais rapidamente com H do que no retangular — por isso é sensível em baixos níveis;\n
  • identificar na prova: entalhe triangular, geralmente com \theta=90^\circ em muitas calibrações (mas informe \theta se houver).\n
    Dica prática: para medições de baixa vazão, V‑notch é a escolha padrão.

Passo 6

Vertedor Cipoletti (trapezoidal com taludes laterais)\n
Descrição: tem fundo horizontal e lados inclinados (padrão clássico: inclinação lateral de 1{:}4, ou seja, 1 vertical para 4 horizontais). Projetado para que a curva de descarga do trapezoidal se aproxime da do retangular, facilitando medição sem borda afiada muito fina.\n
Uso: quando se quer um vertedor mais robusto que o de aresta afiada, mantendo fórmula simples e boa precisão. Identifica‑se pelo talude lateral regular.

Passo 7

Vertedor Ogee (perfil em “S” — ogee crest)\n
Descrição: perfil curvo (ogee) projetado para seguir a forma da superfície livre do escoamento crítico sobre vertedouros de barragem. Minimiza separação do fluxo e perdas aerodinâmicas quando projetado para a carga de projeto.\n
Uso: grandes vertedouros de barragem e estruturas onde a eficiência e o controle de aerados/importantes são críticos.\n
Observação: não há uma fórmula simples universal — o cálculo envolve curvas de projeto e correções experimentais.

Passo 8

Vertedor labirinto\n
Descrição: estrutura em ziguezague ou perfil em labirinto que aumenta o comprimento efetivo da crista dentro de uma mesma largura física. Resultado: maior capacidade de descarga para mesmos valores de carga H.\n
Uso: em situações com pouco espaço lateral e necessidade de alta vazão de excedente (ex.: estações de tratamento, comportas de cheia). Identifica‑se pelo padrão em “serralheria” repetida.

Passo 9

Vertedor sifonado (siphon weir) e vertedor lateral (side weir)\n
  • Sifonado: usa efeito de sifão para escoar sem exposição direta ao nappe; pode aumentar descarga quando corretamente “auto‑sifonado”. Tem comportamento composto (aberto até fechar o sifão).\n
  • Lateral (side weir): instalado lateralmente ao canal para desviar parte da vazão; a relação entre Q e H é diferente porque o escoamento é perpendicular ao canal principal.\n
    Identificação: sifão tem tubo em forma de “U” sobre a crista; side weir tem entalhe lateral.

Passo 10

Vertedor composto, suprimido/contratado e vertedor submerso (afogado)\n
  • Vertedor composto: combina mais de um tipo (por ex., retangular + V‑notch) para ampliar faixa de medição.\n
  • Nappe contraída (contracted nappe): o nappe se desprende da crista e a vazão é controlada pelo entalhe; usual em vertedores de aresta afiada e quando montante livre. Na prova essa condição é a que dá as fórmulas padrão de H^{3/2} e H^{5/2}.\n
  • Nappe suprimida (suppressed) / vertedor suprimido: ocorre quando paredes laterais estendem a forma do entalhe de modo que o nappe não contrai — isso altera o comprimento efetivo e coeficiente.\n
  • Vertedor submerso (drowned / submerged): ocorre quando o nível a jusante está alto o suficiente para influenciar a descarga. A vazão então depende tanto da carga montante quanto do nível jusante; a fórmula de escoamento livre não é válida e são aplicadas correções ou equações compostas.\n
    Dica de prova: verifique se o enunciado informa nível a jusante. Se disser “submerso” ou fornecer altura a jusante que reduz a queda, NÃO use a fórmula do escoamento livre sem correção.

Passo 11

Como identificar e escolher na prova (receita prática)\n
  • Se o entalhe for fino/agudo → pensar em vertedor de aresta afiada e usar a fórmula com H^{3/2}.\n
  • Se for entalhe triangular → V‑notch e fórmula com H^{5/2}.\n
  • Se houver uma laje horizontal antes do bordo → bordo largo (broad‑crested).\n
  • Se for perfil curvo ligado a uma barragem → ogee.\n
  • Se houver repetição em ziguezague → labirinto.\n
  • Se o enunciado mencionar nível a jusante alto → verificar condição submersa e aplicar correções.\n
    Sempre desenhe o perfil (se possível) e marque H (carga) montante e, se for o caso, h_d (nível jusante) — isso evita erros.

Passo 12

Exemplos rápidos (para fixar)\n
  • Medição de pequenos ralos/fluxos: use V‑notch.\n
  • Medição em fluxo médio com canal rígido: aresta afiada ou Cipoletti.\n
  • Vertedouro de barragem para crue ou enchentes: ogee ou broad‑crested, às vezes com labirinto para aumentar capacidade.\n
    Força‑tarefa de memória: desenho + pergunta “tem curva?”, “é triangular?”, “é largo?” te leva ao tipo certo.

Resposta

Vertedor de aresta afiada (sharp‑crested)\n
Vertedor de bordo largo / paralelepípedo (broad‑crested)\n
Vertedor em V (V‑notch / triangular)\n
Vertedor Cipoletti (trapezoidal com taludes laterais)\n
Vertedor Ogee (perfil curvo para barragens)\n
Vertedor labirinto (labyrinth)\n
Vertedor sifonado (siphon weir)\n
Vertedor lateral (side weir)\n
Vertedor composto / modular\n
Vertedor submerso (drowned) / vertedor em escoamento livre (free flow)\n
Vertedor com nappe contraída (contracted nappe) e nappe suprimida (suppressed nappe)

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