Lab Placa de Orifício

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INTRODUÇÃO
Entende-se por Vazão o volume de determinado fluido que passa por uma determinada seção de um conduto livre ou forçado, por uma unidade de tempo. Ou seja, vazão é a rapidez com a qual um volume escoa. Vazão corresponde à taxa de escoamento, ou seja, a quantidade de material transportado através de uma tubulação, por unidade de tempo. 
 De modo análogo à definição da vazão volumétrica é possível se definir as vazões em massa e em peso de um fluido, essas vazões possuem importância fundamental quando se deseja realizar medições em função da massa e do peso de uma substância. 
 A vazão em massa é caracterizada pela massa do fluido que escoa em um determinado intervalo de tempo. Para se obter a vazão em massa basta multiplicar a vazão em volume pela massa específica do fluido em estudo. As unidades usuais para a vazão em massa são o kg/s ou então o kg/h.
 A vazão em peso se caracteriza pelo peso do fluido que escoa em um determinado intervalo de tempo. Para se obter a vazão em peso basta multiplicar a vazão em volume pelo peso específico do fluido em estudo, o que também pode ser expresso em função da velocidade do escoamento e da área da seção.. As unidades usuais para a vazão em massa são o N/s ou então o N/h.
Neste experimento, será possível conhecer um pouco sobre o medidor do tipo vazão pelo método da Placa de Orifício. São usados em paredes de reservatórios, de pequenos tanques, canais ou canalizações e sua utilidade é medir e controlar a vazão.
 Este é um dos meios mais utilizados para a medição de quantidade de vazão. A medição da vazão por Placa de Orifício consiste de uma placa de metal com furo no centro entre um encanamento onde se deseja medir a vazão.
A medição é feita através da diferença de pressão medida antes e depois da placa de orifício (que é instalada no interior de uma tubulação).
Esse tipo de medidor de vazão também é muito utilizado nas indústrias, isso certamente se dá pelas vantagens que apresenta: simplicidade, baixo custo, ausência de partes móveis, pouca manutenção e aplicação para diversos tipos de fluídos.
A verificação da vazão através das placas de orifício obedece a uma relação, velocidade x queda da pressão introduzida pelo instrumento, à equação de Bernoulli explica tal fenômeno.
As placas de Orifício podem ser projetadas para medir vazão de líquidos, gases e vapores. As Placas de Orifício “clássicas” são as placas de orifício concêntricas. Cada projeto de placa de orifício deve ser individual e levar em conta: Dados da tubulação (diâmetro), dados e estado do fluído e condições de operação (pressão e temperatura).
Em nosso experimento em laboratório fizemos a medição de vazão pelo método da Placa de Orifício.
OBJETIVOS
 Objetivos Gerais
O objetivo do experimento é medir a vazão volumétrica utilizando medidor do tipo Placa de Orifício, Pressostato e Medidor de Vazão Digital. 
– Objetivos Específicos
A placa de Orifício é um trecho de tubulação com uma restrição que cria uma queda de pressão no fluido sendo escoado. Entretanto, a placa fina com orifício central é o tipo de restrição mais empregado. Para usar qualquer tipo de restrição é necessário primeiro calibrá-la empiricamente. Isso significa que é preciso montar diferentes tipos de placas, passar por elas um volume conhecido e verificar qual a leitura do medidor, de forma a ajustar o medidor de acordo com sua geometria e também com as características do produto medido (gás, líquido ou vapor). No laboratório, o medidor já estava devidamente calibrado.
À medida que o fluido se aproxima da placa há um ligeiro aumento na pressão, e depois há uma súbita queda após a passagem pelo orifício. A pressão continua a cair até atingir um ponto de pressão mínimo chamado “vena contracta”. É quando a pressão começa a subir novamente até atingir a pressão máxima após a placa. Essa pressão será sempre menor que a pressão antes da placa. A diferença entre elas é chamada de “perda de carga” e é importante para dimensionar bombas e outros elementos da tubulação, o que também significa energia perdida devido à restrição imposta na linha pela placa. Quando passa pelo orifício, a redução da pressão é resultado do aumento em sua velocidade passando pela área reduzida. O fluido escoando através da área da tubulação tende a querer passar pelo orifício que possui área menor. Dessa forma o fluido é “acelerado”, o que causa a queda de pressão. 
Sendo assim a partir da coleta de dados vamos verificar o comportamento do fluído frente a este tipo medidor.
METODOLOGIA
– Materiais Utilizados
Fotografia 1: Medidor de Vazão modelo Placa de Orifício
Fonte: Autoria Própria, 2017.
Fotografia2: Medidor de Vazão modelo Placa de Orifício
 Fonte: Autoria Própria, 2017.
Fotografia 3: Pressostato; Precisão: Pressostato 1: 0,01 Bar
 Pressostato 2: 1mBar
Fonte: Autoria Própria, 2017. 
Fotografia 4: Medidor digital de vazão; Precisão: 0,1 L/min.
Fonte: Autoria Própria, 2017.
– Procedimento Experimental.
Foi realizado o experimento sobre Medida de Vazão pelo Método do Orifício no Laboratório de Hidráulica e Hidrologia da Universidade Paulista no Campus de Bauru/SP, sob orientação da Docente Larisa Baldo de Arruda.
A realização do experimento foi dividida passo a passo, como descrito abaixo:
1º Passo: Abrir os registros R1, R2, R6, R7, R22 e R25.
2º Passo: Fechar o registro R5.
3º Passo: Acoplamos as mangueiras azuis aos engates rápidos da placa de orifício e do medidor de pressão digital, de modo que o ponto P1 seja acoplado no medidor de maior escala de medição, e P2 no de menor escala.
4º Passo: Ligar no painel o disjuntor.
 5º Passo: Ligar o Start no botão verde do painel.
6º Passo: Ajustamos a potencia da bomba 1 ao Máximo.
7º Passo: Ligamos a bomba 1.
8º Passo: Anotar os dados da pressão no P1 e P2, anotar também o valor da vazão obtida a partir do medidor de vazão digital, para cada medida. Este passo foi repetido por 3 vezes sequenciais. 
9º Passo: Retiramos as mangueiras das ligações entre os instrumentos de medida, colocamos os pinos nos engates rápidos e fechamos todos os registros.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
4.1. Dados obtidos durante o experimento:
A tabela 1 mostra os valores obtidos pelo medidor de Pressão 1 (bar), pelo medidor de Pressão 2 (mbar) e pelo medidor de vazão digital (l/m). 
Tabela 1 : Medida de vazão pelo método volumétrico em litros para potência intermediária da bomba (20 Hz).
	Medidas
	Pressão P1 (bar)
	Pressão P2 (mbar)
	Vazão (l/min) (medidor digital)
	1
	1,72
	0,268
	89,5
	2
	1,59
	0,236
	88,7
	3
	1,59
	0,236
	88,7
	Média
	1,63
	0,247
	88,9
Fonte: Autoria Própria
A tabela 1.1 mostra os valores obtidos pelo medidor de Pressão 1 (Pa), pelo medidor de Pressão 2 (Pa) e pelo medidor de vazão digital (m³/s).
Tabela 2: Medida de vazão no S.I. pelo método volumétrico para a potência intermediária da bomba (20 Hz).
	Medidas
	Pressão P1 (Pa)
	Pressão P2 (Pa)
	Vazão (m³/s) (medidor digital)
	1
	172.000
	26,8
	1,49x10-3
	2
	159.000
	23,6
	1,47x10-3
	3
	159.000
	23,6
	1,47x10-3
	Média
	163.000
	24,7
	1,48x10-3
Fonte: Autoria Própria
Com a equação (1) calculamos a média da Pressão (P1) em 163.000 Pa, com a equação (2) calculamos o desvio padrão em 1.137,4 Pa e com a equação (3) calculamos o erro amostral em (163.000 3.543,4)Pa.
Com a equação (1) calculamos a média da Pressão (P2) em 24,7 Pa, com a equação (2) calculamos o desvio padrão em 1,5 Pa e com a equação (3) calculamos o erro amostral em (24,7 0,87)Pa.
Com a equação (1) calculamos a média do Medidor digital em 1,48x10-3, com a equação (2) calculamos o desvio padrão em 10x10-3 e com a equação (3) calculamos o erro amostral em (1,48x10-3 5,77x10-3) .
4.2. Questionário 
- Calcular o valor da vazão experimentalmente utilizando a fórmula (x) dada no roteiro experimental e em seguida calcular o desvio percentual.
Para isso precisamosobter o número de Reynolds através do diagrama de Moody-House.
O gráfico a seguir será utilizado para acharmos o valor de k, que será utilizado na fórmula (6) para calcularmos o valor da Vazão a partir dos dados coletados no experimento.
 Imagem 1- Apresenta o gráfico da relação do número de Reynolds e k.
 Fonte: Ver bibliografia
Para obtermos o número de Reynolds a ser utilizado no gráfico da imagem acima, é preciso calcular a área da tubulação utilizada no experimento e a velocidade. 
Dados os valores de = 10.000 N/m²; g=9,8 m/s²; D0= 12 mm; D1 (diâmetro da tubulação) = 21mm.
Calculamos o valor da área da tubulação, utilizando o diâmetro D1 pela equação (7) obtendo o valor de 3,5x10-4 m². Em seguida, utilizando a equação (4) de cálculo de vazão, obtemos o valor da velocidade de 4,23 m/s². Feito isso, através da fórmula (8) encontramos o valor de Reynolds igual a 8,8x10-4.
Para encontramos o valor K no gráfico da imagem acima, precisamos calcular a diferença de D0 e D1 que resulta em 0,57.
A partir dos valores calculados acima, utilizamos a fórmula (5) e obtemos o valor da vazão de 1,37x10-3 m³/s.
Agora, com a fórmula (6) calculamos o desvio porcentual da vazão em 7,43%. 
5. Conclusão
Durante o experimento foi verificado, que o escoamento de um fluído está sujeito a transtorno durante o processo de escoamento, ou seja, a vazão final nunca será realmente aquela que deveria ser, sendo a placa de orifício mais simples e também menos preciso, havendo variações na sua forma, o que faz com que ocorra a diminuição da vazão uma vez que essas variações provocam perca de carga, porém o resultado final obtido foi considerado bom diante das dificuldades e dos valores obtidos tendo sido válido para verificarmos a eficiência da placa de orifício na obtenção do controle da vazão.
6. Bibliografia
1- https://pt.slideshare.net/alemaodamecflu/mecnica-dos-fluidos-para-engenharia-qumica-o-estudo-de-instalaes-de-bombeamento. Acesso em: 16/04/2017.
2- F. Brunetti, Mecânica dos Fluidos, Editora Pearson Prentice Hall, São Paulo 2ª Ed. Revisada, 2008. 
3- UFRGS. Disponível em: http://www.ufrgs.br/medterm/areas/area-ii/vazao_mt.pdf. ACESSO EM: 16/04/2017
4http://www2.ufersa.edu.br/portal/view/uploads/setores/111/orificios_e_bocais.pdf. Acesso em 15/04/2017.
5- http://www.ufrgs.br/medterm/areas/area-ii/vazao_mt.pdf. Acesso em:17/04/2017