Grupo 6 - Relatorio 02 LEQ II - Placa de Orificio

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FACULDADE DE SÃO BERNARDO DO CAMPO 
 
 
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO N​O​ 02​:​ PLACA DE ORIFÍCIO 
 
 
 
 
 
 
 
Profa. Dra. Isabel Danidtza e Prof. Dr. Hugo Melendez 
 
Data da experiência: 05/09/2020 
 
Data da entrega do relatório: 19/09/2020 
 
Turma: A​ ​ Grupo: 6 
 
 
 
Preparado por R.A. Revisado e aprovado por 
(assinatura) 
Christian Garcia Leão 032915 
Henrick Stevan Fernandes 031355 
Laís Cassaro 031312 
Letícia Silva de Moura 036013 
 
 
 
 
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1 OBJETIVO 
 
Demonstrar o princípio de funcionamento de um medidor de vazão, no caso a placa de 
orifício através de experimento no laboratório. 
Analisar a correlação entre a diferença de pressão com a velocidade fornece um meio para 
medir a vazão. 
Calcular através dos dados experimentais o coeficiente de orifício que se relaciona com a 
geometria do instrumentos e o número de Reynolds. 
Obter a curva de calibração crescente, apresentando a relação entre a leitura do manômetro 
(Dh) e a vazão (Q). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2 INTRODUÇÃO TEÓRICA 
 
Vazão volumétrica é a quantidade de fluido que atravessa uma certa seção de escoamento 
por intervalo de tempo (BRUNETTI, p.72). 
O funcionamento da placa de orifício ocorre com a instalação do mesmo em uma tubulação, 
onde ocorrerá uma redução da área de fluxo do fluido, causando então uma perda de carga, essa 
alteração é causada pelo pequeno orifício presente no centro da placa. A restrição de fluxo no fluido 
faz com que aumente a velocidade do mesmo e provoque um diferencial de pressão entre o ponto 
medido antes da placa de orifício e o ponto medido depois da placa (GRUPO PROCESS, 2018). 
Segundo Fernandes (2016, apud DELMÉE et al. 2003), as placas de orifício são 
concêntricas, finas e possuem bordas vivas e devem ser montadas junto ao eixo do conduto 
cilíndrico que é provido de duas tomadas de pressão, a jusante e a montante do disco. São feitas de 
chapas de aço inoxidável ou qualquer outro material compatível com o fluido a ser submetido, mas 
como o fluido do processo entra em contato direto com a placa, a escolha do material deve ser 
compatível com o fluido, sob o aspecto de corrosão química. A placa de orifício pode ser construída 
com qualquer material que teoricamente não se deforme com a pressão e não se dilate com a 
temperatura e que seja de fácil manipulação mecânica. Os materiais mais comuns são: aço-carbono, 
aço inoxidável, bronze, latão. A velocidade do fluido é também um fator importante, pois a alta 
velocidade do fluido pode provocar erosão na placa. A baixa velocidade pode depositar material em 
suspensão do fluido ou lodo na placa. As placas de orifício clássicas têm suas dimensões 
completamente definidas nacional e internacionalmente por meio de normal, na norma brasileira é a 
NBR ISO 5167. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
Inicialmente fechou-se todas as válvulas do painel hidráulico, ilustração 1, e então, abriu-se 
somente as válvulas necessárias para a realização do experimento. 
 
Ilustração 1 - Painel hidráulico 
 
Fonte: Profª Drª. ​Danidtza Suarez e Profº Dr. Hugo Melendez, 2020. 
 
Ligou-se a bomba centrífuga e a água succionada do reservatório começou a percorrer o 
fluxo. 
A água atravessa a placa de orifício e é descarregada no reservatório de recalque e deste a 
mesma é descarregada para o reservatório de sucção, fechando-se o circuito hidráulico. 
Anotou-se o valor de pressão indicado no manômetro. 
Fechou-se a válvula (29) e a água começou a encher o reservatório de recalque. O nível 
líquido no reservatório é observado no visor de vidro ao lado. 
Com a ajuda de um cronômetro, registrou-se o tempo consumido pela água até atingir uma 
altura de 10 cm. 
Com as dimensões do reservatório de recalque, altura entre os 2 pontos do visor ao lado e o 
tempo consumido pela água entre esses pontos é possível definir a vazão real do experimento. 
Durante o processo de enchimento do reservatório de recalque, observou-se os níveis do 
fluido no manômetro em “U”. Anotou- se os valores indicados nas pernas conectadas, sendo altura 
da esqueda do manômetro e a altura da direita. 
Depois de todos os dados registrados, abriu-se novamente a válvula (29) para descarregar a 
água do reservatório de recalque no reservatório de sucção. 
Começou-se um novo experimento, e assim repetiu-se o procedimento por 5 ensaios. 
 
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4 DADOS 
 
4.1 DADOS COLETADOS NO LABORATÓRIO 
 
Tabela 1 - Dados obtidos durante procedimento experimental 
Ensaio 
Altura do 
visor (m) 
Tempo 
registrado (s) 
Leitura 
manométrica 
esquerda 
(mm) 
Leitura 
manométrica 
direita 
(mm) 
Pressão na 
saída da 
bomba 
(kgf/cm²) 
1 0,1 13,15 219 224 0 
2 0,1 13,22 199 200 0,5 
3 0,1 13,46 169 166 1 
4 0,1 13,53 139 138 1,2 
5 0,1 13,85 110 110 1,4 
Fonte: Profª Drª. ​Danidtza Suarez e Profº Dr. Hugo Melendez, 2020. 
 
Tabela 2 - Dados adicionais obtidos durante procedimento experimental 
Temperatura 
(ºC) 
Massa específica 
do fluido 
manométrico 
(g/cm3) 
Diâmetro da 
tubulação 
(mm) 
Diâmetro do 
orifício 
 (mm) 
Dimensões do 
tanque de 
recalque 
 (cm) 
21,5 1,1 38,1 20 30x30 
Fonte: Profª Drª. ​Danidtza Suarez e Profº Dr. Hugo Melendez, 2020. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4.2 DADOS DA LITERATURA CIENTÍFICA 
 
Tabela 3 - Viscosidade e densidade da água à 1 atm em diferentes temperaturas 
 
FONTE: WHITE, 2011, p. 828 
 
Tabela 4 - Viscosidade e massa específica do ar à 1 atm em diferentes temperaturas 
 
FONTE: WHITE, 2011, p. 828 
 
 
 
 
 
 
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5 TRATAMENTOS DE DADOS 
 
 
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6 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
 
No manômetro (em U) no qual realizou-se a leitura do nível do líquido ocasionada pela 
variação de pressão do sistema, contém-se um líquido especificamente preparado para os ensaios 
com massa específica conhecida de 1100 Kg/m³. Ao comparar-se a massa específica do fluido 
manométrico com a massa específica da água (997,7 Kg/m³), percebe-se que ambas aproximam-se 
muito e neste caso, ao tentar-se realizar a leitura da variação de altura manométrica, os fluidos 
poderiam misturar-se e não permitir uma leitura adequada. Neste caso percebe-se que na saída dos 
pontos em análise do painel, dentre os quais a placa de orifício estudada está aplicada, existem duas 
mangueiras direcionadas para o manômetro, ambas mangueiras contém um reservatório de ar 
(pulmões), tais pulmões tem a função de reter o fluido (água) e acionar a saída de ar, fluído este que 
será direcionado através das mangueiras ao manômetro, permitindo que o nível do fluido 
manométrico sofra alteração ocasionando-se a variação de altura. Neste caso o ar é utilizado como 
fluido por não misturar-se com o fluído manométrico. 
 
Tabela 5 - Resultados experimentais dos ensaios. 
Ensaio 
Vazão 
(L/s) 
Velocidad
e no ponto 
1 (m/s) 
Altura 
manométrica 
(mm) 
hf (m) 
Reynolds 
1 
Velocidade 
no ponto O 
(m/s) 
Re orifício Co 
1 6,84E-01 6,00E-01 443 0,488 2,35E+04 2,179 4,48E+04 0,6 77 
2 6,81E-01 5,97E-01 399 0,439 2,34E+04 2,167 4,45E+04 0,710 
3 6,69E-01 5,87E-01 335 0,369 2,30E+04 2,128 4,37E+04 0,761 
4 6,65E-01 5,84E-01 277 0,305 2,28E+04 2,117 4,35E+04 0,832 
5 6,50E-01 5,70E-01 220 0,242 2,23E+04 2,069 4,25E+040,912 
Fonte: Dados obtidos em laboratório​, 2020. 
 
Na tabela 5, observa-se que todos os valores decrescem, ou seja, ao ocasionar o aumento de 
pressão do sistema, os valores de vazão, velocidade, altura manométrica, variação de pressão pelo 
peso específico do fluido e o número de Reynolds tem um decrescimento ao longo dos ensaios. Na 
sessão de cálculos, apresentam-se todos os procedimentos de tratamento dos dados coletados, onde 
aplicou-se estática dos fluidos deduzindo a relação entre a diferença de altura do fluido 
manométrico e a diferença de pressão em que o sistema foi submetido. 
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Ao analisar os dados da tabela 5, percebe-se que, ao diminuir a vazão em cada um dos 
ensaios através da válvula 7 no equipamento, tem-se uma ligeira diminuição na diferença das 
alturas dos líquidos presente no manômetro em U. Esta variação é consequência da diferença de 
pressão nos pontos antes e depois da passagem do fluido pela placa de orifício. 
Com o ​ΔP (variação da pressão nos pontos) calculou-se o hf (perda de carga) nesse trecho 
do tubo, pois a placa de orifício provoca uma variação de energia cinética entre os pontos. 
É possível notar também que o Reynolds tanto do tubo quanto do orifício decrescem, e o 
coeficiente do orifício aumenta com a relação aumento de pressão/diminuição da vazão. 
Segundo WHITE (2011, pág 410) a teoria da obstrução de Bernoulli evidência um 
parâmetro-chave que relaciona o diâmetro do orifício de um medidor de vazão e o diâmetro da 
tubulação, onde se encontra instalado esse medidor, sendo designado pela letra grega beta (β), que é 
calculado através da razão entre o diâmetro do orifício pelo diâmetro do duto. 
 
Ilustração 2 - Co x RE 
 
Fonte: Profª Drª. ​Danidtza Suarez e Profº Dr. Hugo Melendez, 2020. 
Através da ilustração 2, pode-se observar que a relação entre o número de Reynolds 
calculado no ensaio 1, e a razão entre os diâmetros do orifício e do tubo, é possível obter o 
coeficiente do medidor Co, que por sua vez, se aproxima-se significativamente do valor calculado 
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através da fórmula que relaciona o número de Reynolds com a geometria do equipamento, 
demonstrado no capítulo 5. 
 
Ilustração 3 - Vazão em função da leitura manométrica. 
 
Fonte: Dados obtidos em laboratório​, 2020. 
 
Para que o aparelho, ou seja, a placa de orifício possa ser utilizada, é necessário estabelecer 
uma relação entre a vazão (Q) de líquido que escoa através da placa e o desnível (h), lido junto ao 
manômetro. Esta curva é fornecida pelo fabricante ou levantada em laboratório, onde o aparelho é 
montado numa instalação hidráulica, na qual, por meio de um registro, seja possível variar a vazão e 
observar a variação do desnível manométrico “h”. A vazão deverá ser medida pelo volume 
descarregado num determinado tempo. Neste caso, obteve-se uma tabela de Q e a variação de h 
(vide tabela 5) que, resultou na curva de calibração, conforme ilustração 3. De posse desta curva, o 
aparelho pode ser montado em qualquer instalação, onde pela leitura do desnível (h), pode-se obter 
o valor da vazão (Q), possibilitando assim o dispositivo de ser utilizado na prática. 
Analisando-se o gráfico pode-se estabelecer que a leitura manométrica é proporcional à 
vazão, em função de obter-se uma relação positiva e os marcadores estão posicionados na linha de 
tendência. 
O diferencial de pressão registrado pela leitura manométrica está associado à variação da 
vazão em ambos lados da restrição e à presença da restrição (no caso, a placa de orifício), entre a 
montante e a jusante. A variação da vazão fundamenta-se com base no princípio de Bernoulli: o 
fluído acelera e a energia para a aceleração é obtida da pressão estática do fluido, quando passa por 
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uma restrição. Com base nisso, é possível observar que os resultados do experimento apresentam 
coerência com a literatura. 
 
Ilustração 4 - Coeficiente de orifício x número de Reynolds, em escala logarítmica. 
 
Fonte: Dados obtidos em laboratório​, 2020. 
 
Ilustração 5 - Coeficiente de orifício x número de Reynolds, em escala decimal. 
 
Fonte: Dados obtidos em laboratório​, 2020. 
 
A distância entre os dados na escala logarítmica se dá em percentual. A representação de 
dados em escala logarítmica é recomendada para situação que a amostragem de dados apresenta 
uma extensa gama de valores. Sendo assim, a escala reduz a representação, facilitando a 
visualização. 
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Na escala decimal, a distância entre as marcas na escala equivale ao mesmo valor absoluto. 
A representação de dados em escala decimal, é recomendada para situação que a amostragem de 
dados apresenta uma menor gama de valores. 
Em relação aos gráficos construídos, as duas escalas permitem a compreensão, pois os 
valores se encontram próximos e possuem a mesma casa decimal. A diferença, do gráfico de escala 
decimal para o gráfico de escala logarítmica, é a visão ampliada do eixo horizontal, representado 
pelo número de Reynolds, no gráfico de escala logarítmica. E, o gráfico de escala logarítmica 
apresenta a distância entre os valores em forma de percentual. 
Exemplo de utilização de escala logarítmica: Escala de Richter e escala de magnitude de 
momento (MMS) para a intensidade de terremotos e movimento na Terra; bel e decibel e neper para 
potência acústica (loudness) e potência elétrica; diagrama de moody; escala de Palermo; entropia 
em termodinâmica. 
Exemplo de utilização de escala decimal: Mapa, carta nautica, desenho arquitetônico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7 CONCLUSÕES 
 
Com a análise e a tratativa dos dados obtidos neste experimento, foi possível avaliar o 
funcionamento e a utilidade de um medidor de escoamento interno com redução de seção, a placa 
de orifício, também, observando o comportamento através das curvas obtidas. 
Os resultados obtidos pelas descrições presentes ao longo do relatório se mostraram eficazes 
como pode ser verificado através dos cálculos realizados. 
Através dos cálculos realizados com os dados experimentais foi possível demonstrar a curva 
de calibração do equipamento, relacionando a vazão com a leitura do manômetro. 
Calculando o coeficiente de orifício, através da relação com a geometria do equipamento e o 
número de Reynolds, observou-se que o resultado se assemelha ao encontrado através da relação do 
número de Reynolds e a razão entre os diâmetros do orifício e do tubo, encontrado através do 
gráfico da literatura, tendo uma diferença de 0,04. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8 RESPOSTAS ÀS QUESTÕES PROPOSTAS 
 
1. CÁLCULO DA PRESSÃO DIFERENCIAL. De forma simplificada, se apoiando num esquema 
do equipamento (que deve incluir o manômetro e os pontos de tomada de pressão), deduza a 
equação que permite calcular a diferença de pressão a partir da leitura no manômetro. ​No 
desenvolvimento da fórmula deve considerar e mostrar nas equações que que há três fluidos. 
 
Resolvido no capítulo 5. 
 
2. NO CAPÍTULO DE RESULTADOS. Mostre uma tabela que contenha as seguintes grandezas. 
Em caso necessário complete as informações: 
 
 
Respondido no capítulo 4. 
 
3. NO CAPÍTULO DE RESULTADOS. Complete uma tabela que contenhaas seguintes grandezas. 
Em caso necessário complete as informações: 
 
 
Respondido no capítulo 4. 
 
4. NA DISCUSSÃO DE RESULTADOS. Comente as tendências, ordens de grandeza, valores 
compatíveis com os da literatura. Análise e manifeste as suas conclusões. 
 
Respondido no capítulo 6. 
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5. NO CAPÍTULO DE RESULTADOS. Para a placa de orifício empregada, construa, em Excel, a 
CURVA DE CALIBRAÇÃO DA PLACA que relaciona a vazão real (L/s) com a leitura no 
manômetro (​∆h​man​ em mm). Análise e manifeste as suas conclusões. 
 
Respondido no capítulo 6. 
 
6. NO CAPÍTULO DE RESULTADOS. Em Excel, levante a CURVA CARACTERÍSTICA DA 
PLACA que relaciona a constante do instrumento “Co” com o número de Reynolds. Levante duas 
curvas, uma com escala decimal e outra com escala logarítmica. Comente a respeito do uso dessas 
escalas. 
 
Respondido no capítulo 6. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
 
BRUNETTI, F. ​Mecânica dos Fluidos​. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008. 219 p. 
Página 72. 
 
FERNANDES, DA SILVA. C.K, SILVA, E.A.A, COSTA,G.A, MEDEIROS, D.S. ​Estudo 
comparativo entre dois equipamentos de medição de vazão do tipo diferencial de pressão​. 
Natal, 2016. Disponível em: <http://www.metallum.com.br/22cbecimat/anais/PDF/317-015.pdf>. 
Acesso em: 07 de setembro de 2020. 
 
GRUPO PROCESS. ​Placa de Orifício​. Disponível em: 
<http://www.process.ind.br/produto/placa-de-orificio.html> Acesso em 07 de setembro de 2020. 
 
WHITE, F.M. ​Mecânica dos Fluidos​. 6. ed. Porto Alegre: AMGH, 2011. 880 p. Página 828.