Relatório Vazão pela Placa de Orifício

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1. INTRODUÇÃO 
 
Vazão ou caudal é 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, quantidade de material transportado através de uma 
tubulação, por unidade de tempo. Ainda outra definição é a de um fluxo volumétrico. 
Um conduto livre pode ser um canal, um rio ou uma tubulação. Um conduto 
forçado pode ser uma tubulação com pressão positiva ou negativa. Assim, pode-se 
escrever a vazão como: 
Q = v.a 
Com a área a em m² e a velocidade de escoamento v em m/s, vazão é dada 
em m³/s. 
 
 
1.1. Placa de Orifício 
 
A placa de orifício é o 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. A placa 
de orifício é um elemento de precisão satisfatória. O uso da placa de orifício para a 
medição da vazão é legalmente aceita, mesmo em aplicações comerciais de 
compra e venda de produto. 
Medidor de vazão classificados como deprimo gênio, 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. 
 
 
Fonte: MSPC – Informações técnicas, 2015. 
 
Como mostrado na figura 1 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. 
 
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2. OBJETIVOS 
2.1.1 Objetivos Gerais 
O objetivo do experimento é medir a vazão volumétrica utilizando medidor 
do tipo Placa de Orifício, Pressostato e Medidor de Vazão Digital. A partir disso, 
calcular a vazão utilizando os resultados obtidos no experimento e comparar com 
o valor médio da vazão lida no medidor digital. 
 
3. METODOLOGIA 
3.1 – Materiais Utilizados 
 
A fotografia 1 mostra o Medidor de Vazão, modelo placa de orifício. Este 
dispositivo mede pressão diferencial em tubulações em função de uma placa 
inserida entre dois flanges. 
 
Fotografia 1: Medidor de Vazão modelo Placa de Orifício 
 
Fonte: Autoria Própria, 2017. 
 
A Fotografia 3 mostra dois aparelhos de medir pressão, conhecidos também 
como Pressostato, 1 e 2 com precisões respectivamente de 0,01 bar e de 1 mbar. 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
Fotografia 3: Pressostato; 
 
Fonte: Autoria Própria, 2017. 
 
A fotografia 4 mostra o Medidor digital de vazão, utilizado no experimento 
para determinar a vazão do líquido escoado através da placa de orifício. Com 
precisão de 0,1 l/m. 
 
Fotografia 4: Medidor digital de vazão; 
 
Fonte: Autoria Própria, 2017. 
 
3.2 – 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 Professora Dra. Larisa Baldo de 
Arruda. 
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 Primeiramente verifica se todas as válvulas estão fechadas e abrimos 
somente as válvulas R1, R6, R7, R22 e R25. 
Logo após é necessário acoplar as mangueias no instrumento placa de 
orifício e aos medidores de pressão digital. 
Depois é necessário ligar o disjuntor no painel elétrico e também a chave 
start, se ajusta a potência da bomba 1 no máximo para realização das medições 
por 3 vezes sequenciais, ligando e desligando a bomba. 
 
3.3. Formulário 
 
 
 - Média Aritmética 
 A equação (1) é definida como a soma total dos termos dividida pelo 
número total de termos. 
𝑥 ∗=
1
𝑛
× ∑ 𝑥𝑖𝑛𝑖=1 (1) 
 
Onde: 𝑥 ∗= valor da média; n= número de termos. 
Fonte:mundoeducacao.bol.uol.com.br/matematica/media-aritmetica.htm) 
 
- Desvio Padrão 
 A equação (2) é definida como a medida de dispersão usada com a 
média. Mede a variabilidade dos valores à volta da média. 
𝜎 = √
1
𝑛
× ∑ (𝑥𝑖 − 𝑥 ∗)²𝑛𝑖=1 (2) 
Onde: 𝜎 =desvio padrão; 𝑥𝑖= valor de cada termo individual; 𝑥 ∗= valor 
da média. 
Fonte: stat2.med.up.pt/cursop/glossario/dpadrao.html 
 
- Erro padrão da média 
 A equação (3) é definida variabilidade entre médias amostrais 
 
𝜀 = 
𝜎
√𝑛
 (3) 
 
 
Onde: 𝜀 = erro da média; n= número de termos; 𝜎 =desvio padrão 
 
- Vazão Volumétrica 
 A equação (4) é definida como sendo a quantidade em volume que 
escoa através de certa secção em um intervalo de tempo considerado 
𝑄 =
𝑉
𝑡
 (4) 
 
Onde: 𝑄= vazão volumétrica; V= volume; t= tempo. 
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- Equação da Vazão pela Placa de Orifício. 
 Os princípios da equação (5) é calcular a vazão de um fluido escoada 
através da Placa de Orifício. 
𝑄 = 𝑘×𝐴0×√2𝑔
(𝑃1−𝑃2)
𝛾
 (5) 
 
Onde: Q= vazão volumétrica; k= coeficiente de perda de carga; 𝐴0= 
Área; g= aceleração da gravidade; P1 e P2 = pressão; 𝛾= peso específico. 
 
- Desvio Porcentual da Vazão. 
A equação (6) é a razão entre o desvio médio absoluto ou desvio 
padrão e o valor mais provável, e multiplicado por 100. 
𝐷% = 
𝑄𝐷𝐼𝐺+𝑄𝐸𝑋𝑃
𝑄𝐷𝐼𝐺
 (6) 
Onde: 𝑄𝐷𝐼𝐺 = vazão lida no experimento; 𝑄𝐸𝑋𝑃= vazão calculada; D%= 
desvio porcentual 
 
- Área do circulo 
A equação (7) é usada para calcularmos a área do círculo. 
 𝐴 = 𝜋××
𝐷²
4
 (7) 
Onde: 𝑄𝐷𝐼𝐺 = vazão lida no experimento; 𝑄𝐸𝑋𝑃= vazão calculada; D%= 
desvio porcentual 
 
- Equação para determinar o nº de Reynolds 
A equação (8) determina número de Reynolds que é um número 
adimensional usado em mecânica dos fluidos para o cálculo do regime de 
escoamento de determinado fluido sobre uma superfície. É utilizado, por 
exemplo, em projetos de tubulações industriais e asas de aviões. 
 𝑅𝑒 =
𝑣×𝐷𝑡𝑢𝑏
𝑉
 (7) 
Onde: Re = número de Reynolds; v= velocidade; D= diâmetro do tubo; 
V= viscosidade. 
 
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Gráfico 1 - Coeficiente k em função do número de Reynolds e da 
relação entre os diâmetros 𝐷0 e 𝐷1. 
 
 
Fonte: BRUNETTI, 2008. 
 
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 de Placa de Orifício. 
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 2 mostra os valores obtidos pelo medidor de Pressão 1 (Pa), pelo 
medidor de Pressão 2 (Pa) e pelo medidor de vazão digital (m³/s). 
 
 
 
 
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 Tabela 2: Medida de vazão no S.I. pelo método Placa de Orifício. 
Medidas Pressão P1 (Pa) Pressão 
P2 (Pa) 
Vazão (m³/s) 
(medidor digital) 
1 172.000 26,8 1,49x10-3 
2 159.000 23,61,47x10-3 
3 159.000 23,6 1,47x10-3 
Média 163.000 ± 3.543,4 24,7 ± 0,87 1,48x10-3 ± 5,77x10-3 
 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 
𝑚3
𝑠
, 
com a equação (2) calculamos o desvio padrão em 10x10-3 
𝑚3
𝑠
,, 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 (5) dada 
no roteiro experimental e em seguida calcular o desvio percentual. 
O gráfico a seguir será utilizado para acharmos o valor de k, que será 
utilizado na fórmula (5) para calcularmos o valor da Vazão a partir dos dados 
coletados no experimento. Feito isso, calcular o desvio porcentual utilizando a 
fórmula (6). 
 Para obtermos o número de Reynolds a ser utilizado no gráfico, é preciso 
calcular a área da tubulação utilizada no experimento e a velocidade. 
Dados os valores de 𝛾𝐻2𝑂= 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 imagem1, precisamos calcular a 
diferença de D0 e D1 que resulta em 0,57. 
 
 
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A partir dos valores calculados acima, e do valor k≅0,66 encontrado no 
gráfico 1, 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%. 
 
 4.3 Discussões 
 
Assim com os resultados obtidos, observamos que o método da placa de 
orifício chega a resultados exatos, como encontramos no experimento o 
escoamento turbulento, as medidas de pressão e a velocidade em que o fluido 
entrada na placa de orifício, e com as informações, utiliza-se o gráfico 1 para 
encontrar o coeficiente k assim realizamos o cálculo de vazão e em seguida o 
desvio porcentual do mesmo. 
 
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. 
 
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6. Bibliografia 
 
1- https://pt.slideshare.net/alemaodamecflu/mecnica-dos-fluidos-
paraengenharia-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/areaii/vazao_mt.pdf. ACESSO EM: 16/04/2017 
4http://www2.ufersa.edu.br/portal/view/uploads/setores/111/orificios_e_boc 
ais.pdf. Acesso em 15/04/2017. 
5- http://www.ufrgs.br/medterm/areas/area-ii/vazao_mt.pdf. Acesso 
em:17/04/2017