Roteiro de Jatos Livres

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1 ALGETEC – SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS EM EDUCAÇÃO 
CEP: 40260-215 Fone: 71 3272-3504 
E-mail: contato@algetec.com.br | Site: www.algetec.com.br 
 
 
INSTRUÇÕES GERAIS 
 
 
 
1. Utilize a seção “Recomendações de Acesso” para melhor aproveitamento da 
experiência virtual e para respostas às perguntas frequentes a respeito do 
VirtuaLab. 
 
2. Caso não saiba como manipular o Laboratório Virtual, utilize o “Tutorial 
VirtuaLab” presente neste Roteiro. 
 
3. Caso já possua familiaridade com o Laboratório Virtual, você encontrará as 
instruções para realização desta prática na subseção “Procedimentos”. 
 
4. Ao finalizar o experimento, responda aos questionamentos da seção “Avaliação 
de Resultados”. 
 
 
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RECOMENDAÇÕES DE ACESSO 
 
 
 
PARA ACESSAR O VIRTUALAB 
 
ATENÇÃO: 
SEU PRIMEIRO ACESSO SERÁ UM POUCO MAIS LENTO, POIS ALGUNS PLUGINS SÃO 
BUSCADOS NO SEU NAVEGADOR. A PARTIR DO SEGUNDO ACESSO, A VELOCIDADE DE 
ABERTURA DOS EXPERIMENTOS SERÁ MAIS RÁPIDA. 
 
1. Caso utilize o Windows 10, dê preferência ao navegador Google Chrome; 
 
2. Caso utilize o Windows 7, dê preferência ao navegador Mozilla Firefox; 
 
3. Feche outros programas que podem sobrecarregar o seu computador; 
 
4. Verifique se o seu navegador está atualizado; 
 
5. Realize teste de velocidade da internet. 
 
Na página a seguir, apresentamos as duas principais dúvidas na utilização dos 
Laboratórios Virtuais. Caso elas não se apliquem ao seu problema, consulte a nossa seção 
de “Perguntas Frequentes”, disponível em: https://cliente.grupoa.com.br. 
Neste mesmo link, você poderá usar o chat ou abrir um chamado para o contato com 
nossa central de suporte. Conte conosco! 
 
 
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PERGUNTAS FREQUENTES 
 
 
1) O laboratório virtual está lento, o que devo fazer? 
 
a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” -> 
“Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a 
opção e reinicie o navegador. 
 
b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de 
trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações 
gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de 
máximo desempenho. 
Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver de 
vídeo instalado na máquina. 
 
c) Feche outros aplicativos e abas que podem sobrecarregar o seu computador. 
 
d) Verifique o uso do disco no Gerenciador de Tarefas (Ctrl + Shift + Esc) -> 
“Detalhes”. Se estiver em 100%, feche outros aplicativos ou reinicie o 
computador. 
 
 
 
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2) O laboratório apresentou tela preta, como proceder? 
 
a) No Google Chrome, clique em “Configurações” -> “Avançado” -> “Sistema” -> 
“Utilizar aceleração de hardware sempre que estiver disponível”. Habilite a 
opção e reinicie o navegador. Caso persista, desative a opção e tente 
novamente. 
 
b) Verifique as configurações do driver de vídeo ou equivalente. Na área de 
trabalho, clique com o botão direito do mouse. Escolha “Configurações 
gráficas” e procure pela configuração de performance. Escolha a opção de 
máximo desempenho. 
Obs.: Os atalhos e procedimentos podem variar de acordo com o driver de 
vídeo instalado na máquina. 
 
c) Verifique se o navegador está atualizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
JATOS LIVRES 
Neste experimento o escoamento do tipo jato livre será 
estudado, observando de forma experimental a 
influência das principais variáveis do sistema. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Diretrizes Gerais 
1. Materiais necessários 
• Bancada de Jatos Livres; 
• Cronômetro; 
• Bicos de 10, 8, 6 e 4mm; 
• Régua móvel. 
 
2. Procedimentos 
Cálculo do Coeficiente de Descarga: 
Passo 1: Ligue a bomba. No painel elétrico, regule o potenciômetro para fornecer 
vazão máxima e prepare o cronômetro para uso; 
Passo 2: Conecte o bico de 10 mm na válvula do tanque vertical. Com o tanque 
vertical cheio e a bomba desligada, abra a válvula e monitore o nível pela 
escala graduada; 
Passo 3: Defina cinco intervalos, cada um com no mínimo 50 mm de extensão, 
entre os níveis de 750 mm e 300 mm da escala graduada do tanque 
vertical. Adicione os intervalos escolhidos na tabela 1. Cronometre o 
tempo que o nível do tanque demorou para percorrer cada um dos 
intervalos definidos; 
Passo 4: Preencha o restante da tabela 1 utilizando os dados obtidos no passo 
anterior. Repita os passos 3 e 4 para preencher as tabelas 2, 3 e 4. 
Responda as perguntas do item 3 relacionadas a este procedimento. 
Cálculo do Coeficiente de Velocidade: 
Passo 1: Conecte o bico de 10 mm e escolha um nível para realizar o experimento. 
Calcule a velocidade e alcance teóricos com esse nível; 
Passo 2: Abra a válvula e ligue a bomba. Com o auxílio do potenciômetro, estabilize 
a altura da água no nível escolhido; 
Passo 3: Utilize a régua móvel (conectada ao tanque horizontal) para medir o 
alcance experimental do jato. Anote os dados na tabela 5; 
Passo 4: Calcule o coeficiente de velocidade e preencha a tabela 5. Repita os passos 
anteriores com os outros bicos e preencha o restante da tabela 5. 
Desafio: O procedimento para preencher a Tabela 5 pode ser repetido para outros 
valores de nível de referência (h). Realize este procedimento para outros 
7 valores distribuídos entre 700 e 300 mm do tanque vertical e construa 
um gráfico que relacione o Alcance Horizontal (mm) x Nível de Referência 
(mm), comparando a curva teórica e a curva experimental. No eixo X utilize 
o nível de referência. 
3. Avaliando os resultados 
• A média entre os valores do coeficiente de descarga para um mesmo orifício 
representa bem a amostra? Quais são as possíveis fontes de erro? 
• O que se pôde observar com a variação dos diâmetros em relação ao coeficiente 
de descarga? 
• O que foi possível observar com diâmetros diferentes do orifício em relação ao 
alcance horizontal e a velocidade? 
• Os valores do alcance horizontal calculado e do alcance horizontal experimental 
são iguais? Explique. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TUTORIAL LAB VIRTUAL 
Introdução 
 Compreendendo o experimento 
 
Para dar início ao laboratório virtual de jatos livres, é necessário que você reconheça 
os principais recursos disponíveis. Após o carregamento, será exibido um Guia de 
utilização, onde serão explicados alguns mecanismos necessários para a operação dos 
componentes. 
Utilize a barra de rolagem para realizar a leitura de todo o texto no guia, clicando em 
FECHAR somente após a leitura. 
 
Importante: Realize a leitura deste Guia de utilização pois as funcionalidades nele 
apresentadas serão aplicadas durante todo o laboratório. 
Durante a realização do laboratório virtual, estarão disponíveis na tela algumas opções 
auxiliares. 
 
A janela de Visualização permite selecionar entre seis opções de câmeras pré-
estabelecidas. Elas devem ser utilizadas para que o experimento seja monitorado de 
um ponto de vista adequado, além de permitir que os principais componentes sejam 
visualizados da melhor forma possível. 
Atalhos no teclado são disponibilizados para mudar a opção de Visualização. O atalho 
é exibido do lado esquerdo de cada opção. 
Dica: Em vez de clicar nas opções de visualização, é possível alterar entre as opções 
disponíveis utilizando os atalhos no teclado, que podem ser vistos ao lado do título de 
cada câmera. Por exemplo, ao pressionar Alt+3 (as duas teclas devem ser pressionadas 
simultaneamente) a câmera do Tanque Horizontal será exibida. 
A janela de Objetos exibealgumas opções de equipamentos. Ao selecionar algum 
deles, o equipamento em questão será destacado em vermelho com o intuito de 
facilitar sua localização. 
Dica: Com um clique na região do título, ambas as janelas podem ser expandidas ou 
recolhidas de acordo com a necessidade do usuário. 
O botão com engrenagem é utilizado para acessar o menu de OPÇÕES, onde o 
experimento pode ser reiniciado. Já o botão com o caderno abre um bloco de notas 
que pode ser utilizado para escrever comentários ou guardar valores obtidos no 
laboratório virtual. 
O controle da bomba que retira a água do tanque horizontal e envia para o tanque 
vertical é feito através do Painel Elétrico de Comando. Neste painel estão os botões 
de liga (botão verde) e de desliga (botão vermelho) que são utilizados para habilitar 
ou interromper a operação da bomba. 
A vazão da bomba é definida por um potenciômetro no centro do quadro elétrico. A 
marcação branca serve de referência para o equipamento. Quando a marcação não 
puder mais girar no sentido horário, a vazão será máxima. 
 
 
Cálculo do Coeficiente de Descarga 
 
PASSO 1 
 Preparando a bancada 
 
⚫ Pressione o botão para ligar a bomba. 
Perceba que foi exibido um aviso na parte superior da tela para indicar que a bomba 
foi ligada. 
⚫ Utilize o potenciômetro para aumentar a vazão da bomba até o valor máximo. 
Dica: Para manipular o potenciômetro, clique nele mantendo o botão esquerdo do 
mouse pressionado. Após isso, desloque o indicador do mouse em um giro no sentido 
horário. 
Com isso, o tanque vertical vai começar a ser preenchido por água. Um sensor de nível 
fica localizado na parte superior do tanque. Quando o nível da água deslocar a boia do 
sensor, um comando será enviado à bomba para que sua operação seja interrompida 
e o tanque vertical não transborde. Caso queira interromper a subida do nível do 
tanque vertical, pressione o botão desliga (vermelho) no painel elétrico. 
Para encontrar o coeficiente de descarga, é necessário que sejam realizadas medidas 
de tempo. Para isso será utilizado o cronômetro próximo ao tanque vertical. 
⚫ Clique com o botão esquerdo do mouse no cronômetro. 
Perceba que o sistema de um cronômetro está disponível na lateral direita da tela. O 
botão esquerdo do cronômetro inicia/para a contagem e o botão direito reinicia a 
contagem exibida no display. 
 
Acima do cronômetro é exibida uma janela com a escala de tempo. Esta ferramenta é 
disponibilizada neste laboratório virtual, pois alguns dos fenômenos observados 
durante os experimentos podem demorar uma quantidade de tempo que tornaria a 
obtenção de dados muito prolongada. Na escala de tempo, o usuário pode definir uma 
passagem de tempo até 10 vezes maior que o tempo real. O cronômetro é ajustado 
para reconhecer esta escala, então o valor exibido no display sempre estará 
condizente com o intervalo de tempo que se passou durante o experimento. 
Exemplo: Para o tanque vertical reduzir seu nível de 700 milímetros para 300 
milímetros, o tempo necessário é de 100 segundos. Ao configurar a escala de tempo 
para duas vezes (2x), o tempo que o usuário vai ter que esperar para o nível do tanque 
variar entre 700 mm e 300 mm será de 50 segundos, porém a medida exibida no 
cronômetro será de 100 segundos. Com isso, a coleta de dados não é afetada e sua 
realização é facilitada! 
⚫ Realize algumas operações com o cronômetro e com a escala de tempo para se 
familiarizar com a operação deste instrumento. 
 
PASSO 2 
 Conectando o bico 
 
Próximo ao tanque horizontal estão disponibilizados os quatro bicos com orifícios 
entre 5 e 10 mm de diâmetro. A opção de visualização Bicos (Alt+6) exibe cada um 
deles. O botão esquerdo do mouse pode ser utilizado para encaixar algum deles na 
válvula ou para removê-lo dela. 
⚫ Mova o bico com diâmetro de 10 mm para a válvula. 
Uma válvula esfera (com alavanca na cor laranja) controla a passagem do fluido. Ao 
clicar nesta válvula, é possível permitir ou impedir esse fluxo. Lembre-se que esta 
válvula somente pode ser aberta se um bico já estiver encaixado. 
Importante: Para que as medidas realizadas no tanque vertical sejam realizadas sem 
erro de paralaxe, é possível ativar uma câmera ortogonal que exibe o nível da água no 
tanque e a escala de nível (em milímetros) ou a escala de volume (em litros). Para isso, 
posicione o mouse sobre a escala desejada e pressione a tecla Q. 
 
Perceba que, enquanto a tecla Q for mantida pressionada, a vista ortogonal que 
acompanha o nível da água é exibida no canto inferior da tela, permitindo que o 
cronômetro e outras funcionalidades sejam utilizadas livremente. 
⚫ Com o tanque vertical cheio e a bomba desligada, acione a vista ortogonal da 
escala de nível do tanque vertical. 
⚫ Clique na válvula esfera para permitir a passagem de água pelo orifício. 
⚫ Monitore o nível da água no tanque vertical pela câmera ortogonal e mantenha o 
mouse posicionado no cronômetro para iniciar a contagem do tempo. 
 
PASSO 3 
 Calculando o coeficiente de descarga 
 
⚫ Com a bomba desligada, selecione um intervalo de nível de 50 mm, que esteja 
entre 750 mm e 300 mm, como por exemplo, o intervalo entre 700 mm e 650 
mm. Insira o valor escolhido na Tabela 1. 
Dica: Nesta etapa, o modo de Visualização da Bancada (Alt+1) é recomendado pois 
nele são exibidos todos os componentes necessários para esta etapa. 
Orifício com diâmetro de 10 mm 
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5 
h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 
 
Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Tempo 4 Tempo 5 
 
Coeficiente de 
Descarga 1 
Coeficiente de 
Descarga 2 
Coeficiente de 
Descarga 3 
Coeficiente de 
Descarga 4 
Coeficiente de 
Descarga 5 
 
Coeficiente de Descarga Médio 
 
Desvio Padrão 
 
Desvio Relativo 
 
Tabela 1 – Medições com o orifício de 10 mm 
⚫ Quando o nível da água atingir o valor estabelecido para h1, inicie a contagem do 
cronômetro. 
 
⚫ Quando o nível da água atingir o valor estabelecido para h2, pare a contagem do 
cronômetro. 
⚫ Insira o valor encontrado na contagem de tempo na Tabela 1. 
⚫ Obtenha os valores de tempo (h1 e h2) para os intervalos de 2 a 5 e preencha a 
Tabela 1. 
Com isso, os dados necessários para calcular o coeficiente de descarga para este 
intervalo podem ser encontrados. 
O cálculo do coeficiente de descarga é feito utilizando a Equação 6 do Resumo Teórico. 
São necessários para este cálculo os seguintes valores: 
➢ Atanque é a área da seção transversal do tanque (tanque vertical), em milímetros 
quadrados; 
➢ Aorifício é a área do orifício, em milímetros quadrados; 
➢ h1 é o nível 1 do tanque, em metros; 
➢ h2 é o nível 2 do tanque, em metros; 
➢ t é o tempo de descarga, em segundos; 
➢ g é a aceleração da gravidade (9,81 m s2⁄ ). 
Os valores de Atanque e Aorifício podem ser encontrados utilizando as Equações 9 e 
10. Os valores de h1 e h2 são definidos pelo usuário e o tempo será obtido no 
laboratório virtual. 
⚫ Realize o cálculo do Coeficiente de Descarga para os valores obtidos 
anteriormente. 
⚫ Encontre a média dos valores dos coeficientes de descarga, encontrando o 
coeficiente de descarga médio para o bico utilizado nesta etapa. 
Com as instruções acima, é possível completar a Tabela 1 com os dados obtidos 
utilizando o bico com orifício de 10 mm de diâmetro. O coeficiente de descarga pode 
ser utilizado para encontrar a vazão, de acordo com as Equações 7 e 8 do resumo 
teórico. 
 
PASSO 4 
 Realizando o experimento com os outros bicos 
 
⚫ Repita o procedimento realizado nos passos 2 e 3 do experimento, preenchendo 
as Tabelas 2, 3 e 4 com os dados obtidos com outros bicos disponíveis. 
 
Orifício com diâmetro de 8 mm 
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5 
h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 
 
Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Tempo 4 Tempo 5 
 
Coeficiente de 
Descarga 1 
Coeficiente deDescarga 2 
Coeficiente de 
Descarga 3 
Coeficiente de 
Descarga 4 
Coeficiente de 
Descarga 5 
 
Coeficiente de Descarga Médio 
 
Desvio Padrão 
 
Desvio Relativo 
 
Tabela 2 - Medições com o orifício de 8 mm 
 
Orifício com diâmetro de 6 mm 
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5 
h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 
 
Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Tempo 4 Tempo 5 
 
Coeficiente de 
Descarga 1 
Coeficiente de 
Descarga 2 
Coeficiente de 
Descarga 3 
Coeficiente de 
Descarga 4 
Coeficiente de 
Descarga 5 
 
Coeficiente de Descarga Médio 
 
Desvio Padrão 
 
Desvio Relativo 
 
Tabela 3 - Medições com o orifício de 6 mm 
 
Orifício com diâmetro de 4 mm 
Intervalo 1 Intervalo 2 Intervalo 3 Intervalo 4 Intervalo 5 
h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 h1 h2 
 
Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Tempo 4 Tempo 5 
 
Coeficiente de 
Descarga 1 
Coeficiente de 
Descarga 2 
Coeficiente de 
Descarga 3 
Coeficiente de 
Descarga 4 
Coeficiente de 
Descarga 5 
 
Coeficiente de Descarga Médio 
 
Desvio Padrão 
 
Desvio Relativo 
 
Tabela 4 – Medições com o orifício de 4 mm 
 
Retorne ao roteiro principal e responda aos 
questionamentos do Item 3. 
 
Alcance Horizontal do Jato Livre 
 
Introdução 
 Compreendendo o experimento 
 
Nesta etapa, o alcance horizontal do jato livre será analisado, tendo seu valor 
encontrado de forma experimental e teórica. 
A funcionalidade encontrada nas escalas do tanque vertical, onde ao pressionar a tecla 
Q, uma câmera ortogonal é exibida, também está disponível para a escala no tanque 
horizontal. Esta câmera acompanha um dos acrílicos de referência que estão 
encaixados no tanque. 
 
O acrílico conectado ao bico é utilizado como referência para encontrar o ponto da 
escala do tanque horizontal, quando o jato sai do tanque vertical. Como é possível 
observar na imagem abaixo, a saída de água ocorre na marcação de 115 mm. Em 
relação à altura vertical (H), que é a altura entre o centro do bico e o plano de 
referência em que é realizada a medição do alcance horizontal, seu valor neste 
laboratório é igual a 145 mm. 
 
Em relação ao outro acrílico de referência, sua posição pode ser deslocada ao clicar e 
arrastar. Ele será utilizado para encontrar o alcance horizontal do jato, porém é 
importante lembrar que o valor encontrado ao posicionar este acrílico em relação ao 
jato não fornece diretamente o valor do alcance horizontal, já que o ponto de saída 
do jato já se encontra em 115 mm da escala do tanque horizontal. 
 
PASSO 1 
 Calculando o alcance horizontal teórico 
 
⚫ Selecione um nível de referência para esta etapa. Este valor deve estar entre 700 
e 300 mm e será utilizado durante a coleta de dados. Insira na Tabela 5 o valor 
escolhido para o nível de referência (h). 
⚫ Realize o cálculo da velocidade teórica utilizando a Equação 2 do resumo teórico, 
preenchendo a Tabela 5 com o valor encontrado. 
⚫ Utilize os valores obtidos anteriormente para calcular o alcance horizontal teórico 
utilizando a Equação 14 do Resumo Teórico, preenchendo a Tabela 5 com o valor 
calculado. 
Após inserir os valores obtidos anteriormente na Tabela 5, o valor do alcance 
horizontal experimental deve ser encontrado. Para isso, siga o procedimento a seguir. 
 
H = 145 mm 
PASSO 2 
 Estabilizando o nível do tanque 
 
⚫ Preencha o tanque vertical até que o nível exibido na escala seja de 
aproximadamente 500 mm. 
⚫ Conecte o bico com orifício de 10 mm. 
 
Importante: Neste trecho do experimento será necessário utilizar os botões do painel 
elétrico, principalmente o potenciômetro, para controlar a vazão de entrada no 
tanque. Então, selecione um modo de visualização de forma a poder observar o painel 
e o tanque simultaneamente. 
⚫ Acione a válvula esfera para liberar a água do tanque vertical. 
⚫ Ligue a bomba e utilize o potenciômetro para regular a vazão de entrada do 
tanque. O potenciômetro deve ser posicionado de forma que o nível do tanque 
vertical permaneça praticamente estável no valor escolhido como nível de 
referência. 
Observação: O procedimento de manter o nível do tanque vertical praticamente 
constante é para que o alcance horizontal também permaneça praticamente 
constante. Para garantir isso, verifique o nível do tanque utilizando a câmera 
ortogonal. 
Dica: Utilize a escala de tempo 10x para garantir que o nível está estabilizado no valor 
desejado. A passagem acelerada do tempo facilita observar o comportamento do nível 
do tanque, garantindo sua estabilidade. 
 
PASSO 3 
 Medindo o alcance experimental 
 
⚫ Com o alcance horizontal estabilizado, desloque o acrílico de referência de forma 
que o jato esteja o mais próximo do acrílico, sem que também esteja colidindo 
com o equipamento. 
 
⚫ Utilize a vista ortogonal da régua do tanque horizontal para encontrar o ponto 
onde o acrílico de referência foi posicionado. 
Importante: Lembre-se que o valor encontrado no passo anterior não corresponde ao 
alcance horizontal do jato, já que o ponto de saída do jato observado na régua 
horizontal não é zero. 
⚫ Preencha o valor do alcance horizontal experimental para o diâmetro do orifício 
utilizado. 
 
PASSO 4 
 Encontrando o coeficiente de velocidade 
 
⚫ Aplique a Equação 17 do resumo teórico para encontrar o coeficiente de 
velocidade, que utiliza os dados obtidos anteriormente na Tabela 5. 
⚫ Aplique a Equação 3 do resumo teórico para encontrar a velocidade real do jato 
livre, que utiliza os dados obtidos anteriormente na Tabela 5. 
Diâmetro do Orifício (D) 10 8 6 4 
Nível de referência (h) 
Velocidade teórica do jato (𝑣𝑡) 
Alcance horizontal teórico (∆𝑥𝑡𝑒) 
Alcance horizontal experimental (Δx𝑒𝑥𝑝) 
Coeficiente de velocidade (𝑐𝑣) 
Velocidade real do jato (𝑣𝑟) 
Tabela 5 – Dados teóricos e experimentais do alcance horizontal 
O procedimento realizado nesta etapa encontrou valores para a Tabela 5 para o 
orifício com diâmetro de 10 mm. 
⚫ Repita as instruções dos passos 1, 2 e 3 para os diâmetros de 8, 6 e 4 mm, 
completando a Tabela 5 com os dados necessários. 
Retorne ao roteiro principal e responda aos 
questionamentos do Item 3. 
 
DESAFIO 
O procedimento para preencher a Tabela 5 pode ser repetido para outros valores de 
nível de referência (h). Realize este procedimento para outros 7 valores distribuídos 
entre 700 e 300 mm do tanque vertical e construa um gráfico que relacione o Alcance 
Horizontal (mm) x Nível de Referência (mm), comparando a curva teórica e a curva 
experimental. No eixo X utilize o nível de referência.