Placa De Orifício

INTRODUÇÃO

Conceituação teórica

Placa de orifício: Medidor de vazão classificados como deprimogênio, pois promove a redução da seção transversal a fim de obter a vazão. Aplica-se a equação da conservação da massa e a equação de Bernoulli para obter-se uma equação para a vazão. Sua estrutura resume-se a uma placa transversal ao escoamento, de pequena espessura, na qual foi usinado um furo cilíndrico. A variação na seção transversal do escoamento leva ao aumento da velocidade e à queda da pressão. Entretanto, como ocorre uma variação brusca da área é gerada uma grande turbulência que resulta em uma “perda de carga”, além de menor precisão na medição da pressão.

Figura 1- Desenho esquemático de um escoamento através de uma placa de orifício.

Onde: P2 = pressão antes da placa de orifício; P3 = pressão depois da placa de orifício; D= diâmetro da tubulação; d= diâmetro do furo da placa de orifício.

Vazão: É o volume de determinado fluido que passa por uma determinada seção de um conduto por uma unidade de tempo.

Perda de carga: É a resistência encontrada pelo fluído para escoar.

Tubo de Pitot: É um instrumento de medida de pressão de estagnação, utilizado para medir a velocidade de fluidos, consiste basicamente num tubo orientado para o fluxo de fluido a medir. Visto que o tubo contém ar pode assim ser medida a pressão necessária para colocar o ar em repouso: a pressão de estagnação, ou pressão total. A pressão de estagnação só por si não é suficiente para determinar a velocidade do fluido. Todavia, visto que a equação de Bernoulli determina que: Pressão de estagnação = pressão estática + pressão dinâmica.

Manômetro de coluna em U: Este dispositivo indica a diferença entre duas pressões (pressão diferencial), ou a diferença entre uma única pressão e a atmosfera (pressão manométrica), quando um lado da coluna está aberto para a atmosfera.

Inversor de freqüência: Dispositivo eletrônico que converte a tensão da rede alternada senoidal, em tensão contínua de amplitude e freqüência constantes e finalmente converter esta última, em uma tensão de amplitude e freqüência variáveis.

Freqüência: É uma grandeza física associada a movimentos de característica ondulatória que indica o número de revoluções (ciclos, voltas, oscilações, etc.) por unidade de tempo.

Hertz (Hz): Corresponde ao número de oscilações por segundo.

Rotações por minuto (rpm): Corresponde ao número de oscilações por minuto.

Ventilador: Estrutura mecânica utilizadas para converter energia mecânica de rotação, aplicada em seus eixos, em aumento de pressão do ar.

Figura 2- Escoamento a través de uma placa de orifício. Fluído de trabalho: água, velocidade: 14 cm/s, largura da abertura: 30 mm, Re = 4.300. Visualização através do método das bolhas de hidrogênio. (Japan Society of Mechanical Engineers, “Visualized Flow”, Edit. Pergamon Press, 1988).

MATERIAIS E METODOLOGIA

Equipamento:

Os equipamentos e acessórios utilizados estão relacionados abaixo:

• Ventilador centrífugo, com inversor de freqüência.

• Tubo Pitot.

• Medidor de velocidade (associado com o tubo de Pitot).

• Túnel de vento.

• Tubo para escoamento do fluido Ø interno 98,30mm.

• Mangueiras.

• Manômetro de coluna em U (Δmm).

• Barômetro de Torricelli (mmHg).

Figura 3- Manômetro de coluna em U (mmH2O).

Figura 4- Ventilador centrifugo e inversor de freqüência (esquerda).

Procedimento:

A prática foi iniciada com a determinação da pressão atmosférica e temperatura local. Ligou-se o ventilador centrifugo em uma extremidade do túnel de vento e na outra extremidade instalamos adaptamos na tubulação de saída as placas de orifício. Na tubulação onde foi instalada a placa de orifício, através de mangueiras ligou-se um manômetro de coluna em U, determinando assim a queda de pressão no escoamento do ar que passa pela obstrução gerada pela placa. Com o auxilio de um tubo de Pitot determinou-se a velocidade do escoamento no final do túnel de vento.

As medições foram realizadas para rotações do ventilador variando a freqüência de 10Hz a 40Hz, a velocidade no centro foi determinada com o tubo de Pitot.

 Dados obtidos:

Características do tubo:

Diâmetro interno = 96,56mm;

Material do tubo = PVC;

Características do Ambiente:

Pressão: p = 684mmHg = 91,1925 kPa;

Temperatura: T = 25ºC = 298,15 ºK;

Características do Fluido:

Tipo = Ar;

Viscosidade cinemática: μ = 1,7E-05 m²/s;

 Diferença de pressão

(1)

Δp = diferença de pressão antes e depois da placa de orifício;

ρliq