Orifício e Bocal (9,5)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS (UFAL)
Equipe: 	Alexia Moraes Ferreira;
Isabela Dantas de Souza;
Hítila Ribeiro Correia *;
Matthias Schmidt
Professor: 	Vladimir Caramori
Disciplina: 	Laboratório de Hidráulica
Turma: 	ECIV047-D
Orifícios e Bocais
1 INTRODUÇÃO
O orifício é uma abertura de geometria definida que permite o fluido escoe de um determinado recipiente com líquido armazenado (ver Figura 1), geralmente são feitos em paredes de reservatórios, tanques ou canais.
O bocal (ver Figura 2) é formado por pequenas peças tubulares adaptadas aos orifícios em paredes cuja a espessura é fina, pelas quais escoam os fluidos do reservatório.
2 OBJETIVOS
Definir os coeficientes de contração (Cc), velocidade (Cv) e vazão (CQ), para orifícios circulares de parede delgada e/ou para bocais cilíndricos externos, em função da carga hidráulica sobre os mesmos. 
3 MATERIAIS UTILIZADOS
Para o experimento sugerido, é necessário: 
Reservatório de nível constante ou variável (Figura 4); 
 Bomba hidráulica; 
Piezômetro; 
Orifícios e/ou bocais; 
Cronômetro; 
Recipiente para medição de volume.
4 PROCEDIMENTOS
 Para poder efetuar o ensaio e obter os resultados relacionados ao objetivo deste, fez-se necessário realizar alguns passos.
 
1. Registrou-se as medidas que se mantiveram fixas durante o experimento, como o diâmetro do orifício utilizados, a distância vertical do centro do orifício até o nível que se foi medido o jato do fluido e a distância da posição do orifício em relação a referência adotada (xo), visto que o mesmo não se iniciava na posição 0 da fita métrica.
 
2. O reservatório foi enchido até o nível desejado para se realizar a medida.
 
3. O registro do orifício foi aberto, possibilitando o escoamento do fluído.
 
4. O registro foi regulado constantemente para que o nível se mantivesse constante durante a medição.
 
5. Foi medido o alcance do jato d’água, o nível de água, e o volume de água que saiu pelo orifício em um determinado intervalo de tempo.
 
6. O procedimento foi repetido dos passos 2 a 5, visando a medição com diferentes valores de nível d’água.
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com os objetivos do experimento e dos procedimentos necessários para a sua execução, foi preenchida a Tabela 1 e 2, a primeira contém os dados fixados e a segunda contém os dados obtidos experimentalmente, como o volume de água, o intervalo de tempo que essa água escoou e o alcance do jato. Em seguida, foram feitos alguns cálculos visando a análise desses dados e sua comparação com os valores da literatura. 
Foi encontrada a carga hidráulica por meio da Equação 1. Com o uso da Equação 2 foi encontrado os valores da literatura da velocidade e por meio de 3 os valores medidos. Os dados obtidos encontram-se na Tabela 3.
H= Ho- NA (1)
Vt=raiz(2*g*H) (2)
Vm= x* SQRT(g/2*y) (3)
Onde H é a carga hidráulica, NA é o nível da água, Ho é a altura de referência, Vt é a velocidade teórica, Vm a medida, x é o alcance, e y é a altura do orifício. 
Por meio das Equações 4 e 5 foram encontradas as vazões teóricas e medidas, respectivamente. Com esses valores, a Tabela 4 foi montada.
Qt=Vt*Ao (4)
Qm=ΔV/ΔT (5)
Onde Qt é a vazão teórica, Ao é a área do orifício, ΔV é o volume de água e ΔT o intervalo de tempo para que esse volume ΔV saísse pelo bocal. 
Foi encontrado, por meio das Equações 6, 7 e 8 respectivamente, os valores de coeficiente de velocidade (CV), coeficiente de vazão (CQ) e coeficiente de contração (CC) e com esses dados foi preenchida a Tabela 5
CV = Vm/Vt (6) 
CQ=Qm/Qt (7) 
CC = CQ/CV (8)
Percebeu-se que o coeficiente de velocidade possui valores muito próximos a 1 dentro da margem tolerada. Entretanto, o coeficiente de vazão apresentou valores inferiores, isso é justificado pois a área que deveria ser utilizada para calcular a vazão deveria ser a área do jato de água após passar pelo orifício e não a área do orifício em si. Visando essa correção, foi calculado o CQ médio que foi de 0,67. Após, foi calculado o erro relativo associado a velocidade e a vazão, note que o erro referente a vazão foi calculado comparando a vazão medida com o produto do coeficiente da vazão teórica e o CQmédio, como explicado anteriormente, visando a sua correção. Esses valores de erro encontram-se na Tabela 6. Como todos os erros indicados estão dentro da margem, pode-se concluir que os valores da literatura podem ser considerados aproximadamente iguais aos teóricos.
Foram feitos os Gráficos 1, 2 e 3 visando a comparação dos valores da literatura e os reais das grandezas analisadas. A linha que contém os valores teóricas é a linha tracejada. O primeiro se refere às velocidades, o segundo em relação à vazão e o último foi construído visando a comparação do valor experimental da vazão com o produto da vazão teórica com o coeficiente de descarga, pode-se notar que o erro diminui substancialmente fazendo essa correção. Note que no Gráfico 3 alguns valores medidos ficaram acima do teórico, isso é justificado pois foi utilizado um valor médio de CQ com erros associados e não o valor real.
6 CONCLUSÃO
Por meio desse experimento, pode-se notar uma pequena diferença entre os valores reais e teóricos das velocidade e uma grande diferença entre os valores medidos e teóricos das vazões, este pode ser justificado pelo uso da área do bocal e não do jato de água após a saída do mesmo pelo orifício. Após feita a correção por meio do produto da vazão teórica com o coeficiente de descarga, notou-se que o erro diminuiu. Como pode ser visto na Tabela 6, os erros relativos foram inferiores 0,05 (5%) e, pela análise dos gráficos 1 e 3, não existe disparidade entre os valores teóricos e medidos, devido a isso, como o erro está numa margem de erro tolerada, conclui-se que o experimento foi realizado, descrito e calculado de forma coerente, e portanto, foi bem sucedido.