Sistemas Mecânicos I - Laboratório

[pic 1]FATEC - SP - Faculdade de Tecnologia  São Paulo

Departamento de Mecânica

Disciplina: Sistemas Mecânicos I - Laboratório

Professor Antônio Celso

RELATÓRIO de ATIVIDADE de LABORATÓRIO

Atividade Número: 06

Título da Atividade: Experimento Placa de Orifício

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Sumário

Laboratório de Sistemas Mecânicos I - Experimento 06: Placa de Orifício

Objetivo

O objetivo do experimento é medir a vazão volumétrica utilizando um medidor do tipo Placa de Orifício. A partir disso, verificar a funcionalidade da placa de orifício e calcular a vazão utilizando os resultados obtidos no experimento, para assim comparar com o valor médio da vazão.

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Introdução

Segundo o dicionário a palavra ‘Calibração’ significa: “Operação em que se estabelece correspondência entre as leituras de um instrumento e valores de uma grandeza física que é medida direta ou indiretamente pelo instrumento”.

Para além dessa conjuntura textual, a partir de estudos mais específicos, facilmente pode-se compreende os medidores de vazão do tipo orifício são constituídos por contração na seção de escoamento, de modo a produzir uma variação de pressão estática como consequência do aumento da velocidade.

Além disso, também é necessário entender que vazão é o volume de determinado fluido que passa por uma determinada seção de um conduto livre ou forçado, por uma unidade de tempo, por exemplo. Em termos mais coloquiais vazão é a rapidez com a qual o volume escoa, ou seja, a quantidade de material transportado através de uma

tubulação, por unidade de tempo.

Assim, pode -se escrever a vazão como:

Q = v.a

Sendo a área medida em m² e a velocidade de escoamento em m/s. A vazão será dada

em m³/s.

Essas definições prévias, auxiliar a compreender o que é uma placa de orifício, uma vez que é trata-se de um elemento primário de vazão do tipo restrição mais usado.  Ela é aplicada na medição de vazão de líquidos limpos e de baixa viscosidade, da maioria dos gases e do vapor d'água em baixa velocidade. E fornece uma precisão satisfatória para a medição da vazão, mesmo em aplicações comerciais de compra e venda de produto.

Resumo Teórico

Afim de compactuar e endossar o que é um medidor do tipo placa de orifício, veremos nesse tópico um breve endossamento cujo objetivo é explicitar de maneira breve e sucinta a teoria estudada e, assim, auxiliar na compreensão dos resultados obtidos.

Sabe-se que o medidor do tipo placa de orifício é constituido por uma placa delgada, na qual se abre um orifício e utilizado em um conduto forçado, conforme detalhado na figura abaixo:

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Ilustração 1: Medidor Tipo Placa de Orifício

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Ilustração 2: Demonstração da expansão à sua jusante (Acarreta uma elevada dissipação de energia).

Ao observar as imagens anterior, nota-se que a tomada de pressão para as placas de orifício influencia nos coeficientes de correção utilizados. Temos, por exemplo que:

• ≠ 1,0[pic 5]
• = A0 e = . [pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

Através desses dados, claramente é possível obter a equação para o medidor tipo placa de orifício:

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No entanto, ao se analisar a  equação acima, se verifica que a utilização da mesma, apresenta uma pequena dificuldade, principalmente no que se refere a obtenção de e por esse motivo introduz-se um novo coeficiente de correção, que é denominado de coeficiente de escoamento e comumente representado por C pelo qual é obtido experimentalmente e em função do número de Reynolds de aproximação ) e da relação , conforme ilustrado abaixo: [pic 11][pic 12][pic 13]

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Ilustração 3: Representatividade para a obtenção do coeficiente de escoamento

Assim, o coeficiente de escoamento (C) é definido pela equação a seguir:

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E a partir dessa formulação, se obtém uma outra equação para a determinação de vazão real do medidor tipo placa de orifício:

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Logo, com essa teoria associada até o momento, se faz necessário estudar o que é conhecido como “Bocais de Fluxo” na Física e demais estudos particulares da engenharia, por exemplo. Os bocais ou tubos adicionais são constituídos por peças tubulares adaptadas aos orifícios e servem para direcionar o jato do fluido.

Observe a imagem a seguir e algumas considerações equacionais sobre o tema:

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Ilustração 4: Exemplo de bocal cilindro

Assim, sendo o bocal instalado em um reservatório, a determinação do seu coeficiente de velocidade é análoga a apresentada para a determinação da equação a seguir:

[pic 18]

[pic 19]

Onde:

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E a determinação do coeficiente de vazão () é explícita a partir da determinação de pela equação definida como:[pic 21][pic 22]

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Logo, considerando os pressupostos apresentados até o momento e o bocal instalado no interior da tubulação, para essa situação exemplificada, pode-se utilizar como base o coeficiente de escoamento (K). A figura a seguir, apresenta a utilização desse coeficiente, bem como uma situação representativa pela qual a pressão  é medida a uma distância à montante do bocal e a pressão   quando termina o bocal.[pic 24][pic 25][pic 26]