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FATEC - SP - Faculdade de Tecnologia São Paulo Departamento de Mecânica Disciplina: Sistemas Mecânicos I - Laboratório Professor Antonio Celso RELATÓRIO de ATIVIDADE de LABORATÓRIO Título da Atividade: Placa de Orifício – Medidor de Vazão Turma: 072 Grupo: 721 Área de Concentração: Tecnologia Mecânica São Paulo 10 Semestre de 2017 Número Nome Assinatura 16114693 Tiago Botelho da Rocha Índice 1. Objetivo ........................................................................................................................ 3 2. Embasamento Teórico ........................................................................................... 3 3. Croquis da instalação ............................................................................................ 4 4. Procedimento Experimental .................................................................................. 5 5. Levantamento de Dados ..................................................................................... 5 6. Memorial de Cálculos .......................................................................................... 6-9 7. Resultados Obtidos .............................................................................................. 10 8. Conclusão ............................................................................................................. 11 9. Comentários .......................................................................................................... 11 10. Bibliografia ............................................................................................................ 11 PLACA DE ORIFÍCIO 1. Objetivo O objetivo desta experiência é determinar o fluxo aplicando-se a equação de Bernoulli para obter-se uma equação para a vazão de um fluido qualquer, através do reservatório com orifício de diâmetro de 8,00mm instalado na parte inferior do recipiente, afim de observar o escoamento do fluido, neste caso, usamos H2O, afim de determinar, através da equação de Bernoulli, as velocidades teóricas e relacionamos com a velocidade real para obtermos os coeficientes de descargas. Os motivos para empregar tal tipo de fluído são as vantagens que apresenta: simplicidade, custo relativamente baixo, ausência de partes móveis, pouca manutenção, instrumentação externa, etc. 2. Embasamento Teórico Medidores de vazão por obstrução de área são aplicados para medir escoamentos de fluidos em tubulações. Entre os medidores de vazão por obstrução de área estão os medidores Venturi, a placa de orifício e o bocal. Nesses dispositivos a vazão é obtida medindo-se a diferença de pressão do escoamento do fluido entre seções convenientes do escoamento. Isto é, a diferença de pressão de duas seções do escoamento no medidor é proporcional à vazão que escoa por ele. A diferença de pressão é produzida por efeitos inerciais - a aceleração do escoamento devido à obstrução do escoamento (por exemplo, a redução de área da garganta do venturi). A maioria dos medidores de escoamentos internos (exceto o elemento de escoamento laminar) é baseada na aceleração da corrente fluida através de alguma forma de bocal ou furo. O deslocamento do fluido nas bordas vivas provoca a formação de uma zona de recirculação. A corrente principal continua a acelerar-se a partir da garganta do furo para formar a contração e depois volta a desacelerar-se e encher o conduto. A seção de escoamento passa por seu valor mínimo, as linhas de corrente são essencialmente retas e a pressão é uniforme em todos os pontos da corrente. Combinando as equações e isolando a velocidade temos a equação. Sendo que a vazão teórica é dada pela equação. A velocidade da equação é obtida considerando que não haja nenhuma perda e, portanto, essa velocidade é a máxima que pode ocorrer no local da constrição. A corrente de fluido continua se contraindo após a obstrução, e a área da veia contraída é menor do que a área de escoamento da obstrução. 3. Croqui da Instalação 4. Procedimento Experimental Antes de realizar o experimento, foi apresentado como seria todo procedimento para a experiência e que dados deveríamos coletar para se chegar no resultado esperado. Uma breve revisão sobre a teoria, então nos dirigimos a parte experimental. No reservatório havia um orifício que foi destampado, então o fluido começou a sair pelo orifício, e formava uma curva que podemos observar através de uma placa com valores de X e Y. Após o reconhecimento do experimento, adaptamos todo o sistema do fluido para um regime de escoamento permanente, para que seu nível não baixasse e pudéssemos ter uma medição exata. O primeiro procedimento foi colocar o sistema em REP, anotou-se o X e Y da placa e preparamos a leitura de tempo através de um cronometro, no mesmo instante em que se tampava o orifício, fazendo com que o nível da água no reservatório se elevasse, marcou o tempo definido em determinado espaço, obtivemos a vazão através do produto da área pelo tempo de escoamento do fluido. O procedimento foi realizado 6 vezes, elevando o nível da agua no reservatório, conseguindo assim, novos valores de X e Y para cada procedimento. Após as leituras, confirmamos as mesmas para se chegar a um resultado satisfatório, com a revisão do professor, tudo estava correto, então guardamos os materiais utilizados e limpamos a parte utilizada no laboratório. Os dados obtidos no experimento serão utilizados na obtenção da área do orifício. 5. Levantamento de dados: h ( cm ) x ( cm ) y ( cm ) h ( cm ) t ( s ) 27,2 0,7 19 10 50,20 38,6 5,7 19 10 40,25 50,5 9,2 19 10 35,19 61,8 12,5 19 10 33,04 73,9 16,2 19 10 30,20 20,5 19 10 27,02 6. Memorial de cálculo Área do reservatório: Ar = π * R² → π * 0,111²m = 3,87x10ˉ³m² Área do orifício: Ao = π * R² → π * 0,004²m = 5,02x10ˉ⁶m² 1ª medição: h = 27,2cm | x = 0,7cm | y = 19cm Vr = x*√g/2y = 0,007m*√10m/s²/2*0,19m = 0,036m/s Vt = √2*g*h = √2*10m/s²*0,272m = 2,33m/s Qr = Ar*∆h = 3,87x10ˉ³m²*0,1m = 7,70x10ˉ⁷m³/s ∆t 50,2s Qt = Vt*Ao = 0,036m/s*5,02x10ˉ⁶m² = 1,81x10ˉ⁸m³/s Cv = Vr = 0,036m/s = 0,151 Vt 2,33m/s Cd = Qr = 7,70x10ˉ⁷m³/s = 0,425 Qt 1,81x10ˉ⁸m³/s Cc = Cd = 0,425 = 2,814 Cv 0,151 Re = Vt*Do = 2,33m/s*0,008m = 18’640 PH₂O 1x10ˉ⁷m²/s 2ª medição: h = 38,6cm | x = 5,7cm | y = 19cm Vr = x*√g/2y = 0,057m*√10m/s²/2*0,19m = 0,29m/s Vt = √2*g*h = √2*10m/s²*0,386m = 2,77m/s Qr = Ar*∆h = 3,87x10ˉ³m²*0,1m = 9,61x10ˉ⁵m³/s ∆t 40,25s Qt = Vt*Ao = 2,77m/s*5,02x10ˉ⁶m² = 1,39x10ˉ⁴m³/s Cv = Vr = 0,292m/s = 0,105 Vt 2,77m/s Cd = Qr = 9,61x10ˉ⁵m³/s = 0,690 Qt 1,39x10ˉ⁴m³/s Cc = Cd = 0,690 = 6,544 Cv 0,105 Re = Vt*Do = 2,77m/s*0,008m = 22’199 PH₂O 1x10ˉ⁷m²/s 3ª medição: h = 50,5cm | x = 9,2cm | y = 19cm Vr = x*√g/2y = 0,092m*√10m/s²/2*0,19m = 0,472m/s Vt = √2*g*h = √2*10m/s²*0,505m = 3,18m/s Qr = Ar*∆h = 3,87x10ˉ³m²*0,1m = 1,10x10ˉ⁴m³/s ∆t 35,19s Qt = Vt*Ao = 3,18m/s*5,02x10ˉ⁶m² = 1,60x10ˉ⁴m³/s Cv = Vr = 0,472m/s = 0,149 Vt 3,18m/s Cd = Qr = 1,10x10ˉ⁴m³/s = 0,689 Qt 1,60x10ˉ⁴m³/s Cc = Cd = 0,690 = 4,642 Cv 0,105 Re = Vt*Do = 2,18m/s*0,008m = 25’424 PH₂O 1x10ˉ⁷m²/s 4ª medição: h = 61,8cm | x = 12,5cm | y= 19cm Vr = x*√g/2y = 0,125m*√10m/s²/2*0,19m = 0,641m/s Vt = √2*g*h = √2*10m/s²*0,618m = 3,52m/s Qr = Ar*∆h = 3,87x10ˉ³m²*0,1m = 1,17x10ˉ⁴m³/s ∆t 33,04s Qt = Vt*Ao = 3,52m/s*5,02x10ˉ⁶m² = 1,76x10ˉ⁴m³/s Cv = Vr = 0,641m/s = 0,182 Vt 3,52m/s Cd = Qr = 1,17x10ˉ⁴m³/s = 0,664 Qt 1,76x10ˉ⁴m³/s Cc = Cd = 0,664 = 3,639 Cv 0,182 Re = Vt*Do = 3,52m/s*0,008m = 28’125 PH₂O 1x10ˉ⁷m²/s 5ª medição: h = 73,9cm | x = 16,2cm | y = 19cm Vr = x*√g/2y = 0,162m*√10m/s²/2*0,19m = 0,831m/s Vt = √2*g*h = √2*10m/s²*0,739m = 3,84m/s Qr = Ar*∆h = 3,87x10ˉ³m²*0,1m = 1,28x10ˉ⁴m³/s ∆t 30,20s Qt = Vt*Ao = 3,84m/s*5,02x10ˉ⁶m² = 1,93x10ˉ⁴m³/s Cv = Vr = 0,831m/s = 0,216 Vt 3,84m/s Cd = Qr = 1,28x10ˉ⁴m³/s = 0,664 Qt 1,93x10ˉ⁴m³/s Cc = Cd = 0,664 = 3,072 Cv 0,216 Re = Vt*Do = 3,84m/s*0,008m = 30’756 PH₂O 1x10ˉ⁷m²/s 6ª medição: h = 85,3cm | x = 20,5cm | y = 19cm Vr = x*√g/2y = 0,205m*√10m/s²/2*0,19m = 1,052m/s Vt = √2*g*h = √2*10m/s²*0,853m = 4,13m/s Qr = Ar*∆h = 3,87x10ˉ³m²*0,1m = 1,43x10ˉ⁴m³/s ∆t 27,02s Qt = Vt*Ao = 4,13m/s*5,02x10ˉ⁶m² = 2,07x10ˉ⁴m³/s Cv = Vr = 1,052m/s = 0,255 Vt 4,13m/s Cd = Qr = 1,43x10ˉ⁴m³/s = 0,691 Qt 2,07x10ˉ⁴m³/s Cc = Cd = 0,691 = 2,712 Cv 0,255 Re = Vt*Do = 4,13m/s*0,008m = 33’043 PH₂O 1x10ˉ⁷m²/s 7. Resultados Obtidos h ( cm ) 27,2 38,6 50,5 61,8 73,9 x ( cm ) 0,7 5,7 9,2 12,5 16,2 20,5 y ( cm ) 19 19 19 19 19 19 h ( cm ) 10 10 10 10 10 10 t ( s ) 50,20 40,25 35,19 33,04 30,20 27,02 Qt(m3/h) 7,70x10ˉ⁷ 9,61x10ˉ⁵ 1,10x10ˉ⁴ 1,17x10ˉ⁴ 1,28x10ˉ⁴ 1,43x10ˉ⁴ Qr(m3/h) 1,81x10ˉ⁸ 1,39x10ˉ⁴ 1,60x10ˉ⁴ 1,76x10ˉ⁴ 1,93x10ˉ⁴ 2,07x10ˉ⁴ Cv 0,151 0,105 0,149 0,182 0,216 0,255 Cd 0,425 0,690 0,689 0,664 0,664 0,691 Cc 2,814 6,544 4,642 3,639 3,072 2,712 Re 18’640 22’199 25’424 28’125 30’756 33’043 Curva de calibração 8. Conclusão Por meio deste experimento concluímos este sobre a Placa de Orifício – Medidor de Vazão, que é uma eficiente forma de entender a relação de vazão de um fluído. A obtenção dos dados através da medição dos níveis do fluído obtiveram êxito, e considerando que os cálculos chegaram a grandezas perto do esperado o experimento mostrou as proporções esperadas e os pequenos erros que talvez tenham acontecido são como todo experimento que tem a possibilidade de erro humano. 9. Comentários Não foi observada nenhuma situação anômala ao esperado e o provável erro humano foi bem ínfimo nesta experiência. 10. Bibliografia https://pt.wikipedia.org/wiki/Placa_de_orif%C3%ADcio Mecânica dos Fluidos – BRUNETTI, Franco
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