O ESCOAMENTO POR ORIFÍCIOS

ESCOAMENTO POR ORIFÍCIOS

OBJETIVO

• Observar o fenômeno do escoamento por orifícios;
• Calcular os coeficientes de velocidade, contração e vazão;
• Confirmar as equações que fornecem a geometria dos jatos balísticos liberados de orifícios em paredes de reservatórios.

INTRODUÇÃO

Os orifícios são aberturas, de forma geométrica definida, feitas nas paredes ou no fundo de um recipiente de onde escoa um fluído contido. Nas aplicações em Hidráulica os orifícios e bocais são utilizados basicamente como dispositivos de controle e mediação de vazões e como drenos em taludes, muros de contenção, etc.

As partículas de um líquido qualquer, ao atravessar uma seção contraída passando pelo centro de um orifício ou bocal, teriam velocidade idêntica à da queda livre, desde a superfície livre de seu reservatório até o plano de referência. Porém, esta velocidade teórica não considera as perdas existentes, sendo importante realizar sua correção através de um coeficiente. O mesmo ocorre com a vazão: assim, faz-se necessário o conhecimento destes valores antes de qualquer atividade para sua real apresentação.

EQUIPAMENTOS

Os equipamentos utilizados para realização do experimento foram:

• Tanque vertical com orifícios;
• Tanque horizontal;
• Proveta;
• Trena;
• Régua;
• Cronômetro;

METODOLOGIA

Como apresentado acima foram utilizados dois tanques para execução do experimento, um tanque na vertical com dois orifícios de mesmo diâmetro (tanque 1) e outro tanque horizontal (tanque 2).  A água é bombeada do tanque 2 para o tanque 1 constantemente, onde foi determinado um nível máximo em que a água escorre por um ladrão.

O experimento foi feito em três etapas da seguinte maneira:

Etapa 1:

Análise do escoamento em um orifício com estimativa da velocidade real (Vr) do jato na saída do orifício e do seu coeficiente de velocidade (Cv);

[pic 2]

Figura 1 – Esquema da etapa 1

Para determinar o valor da Velocidade Real do jato (Vr), é preciso antes determinar a velocidade teórica (Vt), que será obtida pela fórmula:

[pic 3]

Tendo encontrado o valor de Vt, é possível encontrar Vr pela fórmula:

[pic 4]

O coeficiente de Velocidade (Cv), será determinado pela fórmula:

[pic 5]

Etapa 2:

Análise do escoamento em dois orifícios para confirmação na prática da equação que foi deduzida em aula, onde fornece a posição em que dois jatos devem cruzar-se.

[pic 6]

Figura 2 – Esquema da etapa 2

Com as alturas H1 e H2 obtidas experimentalmente e com o Coeficiente de Velocidade (Cv) calculado na etapa 1, é possível determinar Xa e Ya, pelas fórmulas:

[pic 7]

[pic 8]

Etapa 3:

Mantido aberto os orifícios, foi calculado os valores da vazão real , a velocidade e os coeficientes de velocidade e de contração, através das seguintes equações:[pic 9][pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

[pic 14]

CÁLCULOS E RESULTADOS

Dados:

• Altura do nível d’água até a borda = 26,8 cm
• Altura do centro do orifício até a borda = 98,4 cm
• Distância x alcançada pelo jato () = 175,8 cm[pic 15]
• Distância y do orifício até o ponto de chegada do jato () = 109,2 cm[pic 16]
• Distância do nível d’água até o centro do orifício (H) = 98,4 – 26,8 = 71,6 cm

Tabela de resultados da etapa 1:

Na primeira etapa do experimento, foram coletados os dados da altura H e as coordenadas de Xp e Yp. Com os dados coletados, foi possível descobrir o valor do coeficiente de velocidade (Cv).