O Experimento de Orifícios

Título do experimento: ensaio de bocais e orifícios

Objetivo: determinar os coeficientes

Cc= coeficiente de contração

Cv= coeficiente de velocidade

Cq= coeficiente de vazão

Introdução

É denominada de Orifício a abertura (na parede lateral ou no fundo) de um recipiente, que possibilita o escoamento do líquido armazenado em seu interior. O orifício mais comum é o de forma circular com borda biselada externamente de modo a formar uma aresta viva internamente, como indicado na Figura 1. Quando a parede deste recipiente é espessa ou quando um tubo é adicionado externamente ao orifício, tem-se o que se convencionou chamar de bocal cilíndrico externo (Figura 2). Quando um tubo curto é adicionado internamente a um orifício, tem-se o caso de um bocal cilíndrico interno (Figura 3).

[pic 1]

 

Materiais

Água

Banco de Ensaio

Bomba centrifuga

Coroa para medição de jato da água

Cronômetro

Orifícios e bocais

paquímetro

Piezômetro

Régua limnimetrica

reservatório

Tubo e conexões em ferro

Válvula esfera

Procedimento

Manter inicialmente aberto, o registro de recalque até atingir o limite máximo do reservatório;

Para primeira parte do experimento o reservatório terá seu nível constante;

Abri todos os orifícios e bocais para observação dos fenômenos.

Após observar os fenômenos serão fechados os orifícios deixando somente o de seção quadrada para observar a inversão do jato.

Depois de observado o fenômeno no orifício de secção quadrada fechar o orifício, instalar a coroa no orifício circular e abrir.

Em seguida abrir o bocal externo, observar a diferença entre a seção contraída e do orifício e do bocal.

Após observado os fenômenos realizar o ajuste e fazer as medições da régua limnimetrica;

Efetuar o ajuste das pontas da coroa até o jato da água, fechar o orifício retirar a coroa e efetuar a medição das 3 medidas com o paquímetro.

Para segunda parte fechar a alimentação do reservatório.

Realizar a medição da cota de água do reservatório.

Em seguida abrir o orifício circular iniciando o cronometro ao mesmo tempo, observar a variação do jato com a queda do nível da água.

Após ser verificada (visualmente) a queda do jato de água, a fechar o orifício circular pausando o cronometro ao mesmo tempo, anotar e realizar a medição da cota de água do reservatório.

Memorial de calculo

Discussão

Com o reservatório sendo alimentado para manter seu nível continuo podemos observar o que cada tipo de orifício e bocal tem o seu comportamento próprio.

No orifício circular podemos notar que como nosso reservatório tem sua parede fina o jato de água não toca a sua face externa, gerando assim o que chamamos de parede delgada ondem o liquido toca somente a parede interna do reservatório. Esse fenômeno acontece pois, as partículas fluidas afluem ao orifício, vindas de todas as direções, em trajetórias curvilíneas, ao atravessarem a seção do orifício continuam a se mover em trajetórias curvilíneas não mudando bruscamente de direção, obrigando o jato a contrair-se um pouco além do orifício.

No orifício quadrado podemos notar que o seu veio liquido tem um comportamento peculiar. Por ser quadrado o seu escoamento muda de forma, primeiro para quadrado, depois para octógono e por ultimo para uma estrela. Chamamos esse comportamento de inversão do jato e ocorre pois, a um grande choque de partículas em seu veio liquido causando uma mudança brusca de direção.

No bocal externo podemos perceber que seu jato não sofre compressão pois, sai com seu jato do mesmo diâmetro do bocal, similar ao que aconteceria com um orifício de parede espessa.

Esse fenômeno ocorre porque há uma pequena compressão no início do bocal e como as partículas fluidas afluem ao bocal, vindas de todas as direções, em trajetórias curvilíneas, as suas particular mudam bruscamente sua direção fazendo que o fluido se adere novamente à superfície durante o escoamento.

No experimento foi instalado no bocal um registro para demonstração que mesmo em um bocal o escoamento sobre compressão pode ocorrer com a diminuição da secção. Passando assim a ser estudado como um orifício de parede espessa.