DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DESCARGA E VAZÃO EM ORIFÍCIOS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS 
	
	
	CAMPUS SERTÃO
EIXOS DAS TECNOLOGIAS
	
	
	
	
	
	
	
Dener Marin Gomes Vila Nova
Welton Barbosa Magalhães
LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA
 
 
DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DESCARGA E VAZÃO EM ORIFÍCIOS
Delmiro Gouveia- Alagoas
2018
Dener Marin Gomes Vila Nova
Welton Barbosa Magalhães
LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA
DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DESCARGA E VAZÃO EM ORIFÍCIOS
Relatório técnico apresentado como requisito parcial para obtenção de nota na disciplina de Laboratório de Hidráulica, no Curso de Engenharia Civil, na Universidade Federal de Alagoas – Campus Sertão.
Prof. Dr. Thiago Alberto da Silva Pereira.
Delmiro Gouveia – AL
2018
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO......................................................................................... 4
OBJETIVO............................................................................................... 4
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA............................................................... 4
ESCOAMENTO NÍVEL CONSTANTE............................................... 4
ESCOAMENTO NÍVEL VARIÁVEL................................................... 6
MATERIAL UTILIZADO.......................................................................... 7
RESULTADOS........................................................................................ 7
CONCLUSÃO.......................................................................................... 9
REFERÊNCIAS....................................................................................... 9
INTRODUÇÃO
Em geral, assume-se que a parede é fina e que as boras da abertura são retas, mas pode haver muitas variações de geometria. Nesse relatório determinaremos o coeficiente de descarga e a vazão no orifício feito em uma garrafa PET.
OBJETIVO
A presente experiência objetiva a determinação do coeficiente de descarga e vazão, respectivamente Cd e Q, para orifício retangular feito em uma garrafa PET de parede delgada.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 – Escoamento com nível constante
Um orifício pode ser denominado como perfurações, geralmente de forma geométrica definida, feitas abaixo da superfície livre do líquido em paredes de reservatórios, tanques, canais ou canalizações. Os orifícios podem ser classificados quanto à forma, em circulares, retangulares, etc.
Já quanto às suas dimensões relativas, pequenos e grandes. Já quanto à natureza da parede, podem ser classificadas em orifícios em paredes delgadas ou paredes espessas.
A parede é considerada delgada quando o jato líquido apenas toca a perfuração em uma linha que constitui o perímetro do orifício (Fig.1). Numa parede espessa, verifica-se a aderência do jato (Fig.2).
Figura 1 – Parede Delgada Figura 2 – Parede Espessa
Experimentalmente, constata-se que os filetes líquidos tocam as bordas do orifício e continuam a convergir, depois de passarem pelo mesmo, até a seção A2, na qual o jato tem área sensivelmente menor que a do orifício. Essa seção A2 é denominada de seção contraída (vena contracta).
Figura 3
No caso de orifícios pequenos, pode-se admitir, sem erro apreciável, que todas as partículas atravessam o orifício animadas da mesma velocidade, sob a mesma carga h.
Aplicando-se a equação de Bernoulli à seções 1 e 2 (Fig. 3) e tomando-se o eixo de orifício como referência,
Como nesse caso, a seção A do orifício é muito pequena em relação a A1, a sua velocidade v1 é desprezível em face de vt,
expressão do conhecido teorema de Torricelli.
Devido a existência de perdas de energia no escoamento ao entrar no orifício e durante a passagem pelo mesmo, a velocidade real na seção contraída é ligeiramente inferior à velocidade teórica vt. A relação entre a velocidade real V e a velocidade teórica Vt, que teria lugar se não houvesse perdas, denomina-se coeficiente de velocidade, Cv. Assim:
A vazão rela é o produto da área da seção contraída Ac pela velocidade real V
Finalmente, a vazão pelo orifício, é dada por:
Ao produto CcCv dá-se o nome de coeficiente de vazão ou de coeficiente de descarga, Cd.
Assim, a expressão geral para a vazão descarregada através de um orifício de área A, de pequenas dimensões e parede fina, sujeito a uma carga h, fica:
3.2 – Escoamento com Nível Variável
No caso de escoamento com nível variado, a altura h passará a diminuir com o tempo, em consequência do próprio escoamento pelo orifício. Com a redução da carga, a descarga através do orifício irá decrescendo. O problema que se apresenta na prática consiste em se determinar o tempo necessário para o esvaziamento do recipiente. A equação que se utiliza para determinar esse tempo de esvaziamento é a seguinte:
Sendo
A = a área do orifício
Ar = a área do reservatório (superfície);
t = o tempo necessário para o seu esvaziamento, em segundos.
Uma vez que depois de certo tempo de escoamento o orifício deixaria de ser “pequeno”. Substituindo-se os valores
Encontra-se
MATERIAL UTILIZADO
Garrafa PET;
Estilete;
Marcador;
Régua.
RESULTADOS
Dados obtidos no laboratório de hidráulica durante o processo de execução do experimento:
T1 = 3,91s (tempo com o nível do reservatório constante);
T2 = 2,70s (tempo com o nível do reservatório variando);
V = 400 mL (Volume do reservatório de nível constante);
h1 = 2,25cm 
h2 = 5,90cm
S = 2cm2 (Área do orifício);
D = 10,30cm
A = 83,3228cm2 (Área do reservatório).
Para cálculo do coeficiente de descarga com o reservatório a nível constante, utilizamos as seguintes equações
Onde o valor da vazão volumétrica QV = 102,5641 mL/s.
Utilizamos o valor de Qv na equação
Obtendo o valor do coeficiente de descarga Cd = 0,7718
Utilizando a fórmula de erro percentual
Essa fórmula calcula o erro com base em um valor usual encontrado na literatura, e o erro encontrado foi ε = 26,5245%.
Para calcular o coeficiente de descarga com o reservatório com nível variando, utilizamos a seguinte equação:
Obtendo o valor de Cd = 0,6472
Para calcular o erro, basta utilizar a fórmula e erro percentual que foi utilizada para reservatório com nível constante, obtemos que o erro percentual foi de ε = 6,0984%.
CONCLUSÃO
Mesmo com as limitações de materiais à disposição, conseguimos obter valores próximos dos adotados na literatura, com taxas de erro consideravelmente pequena para a descarga no nível variável e uma taxa relativamente alta para nível constante, considerando a alta vazão do orifício. Pode-se verificar o coeficiente de descarga, quando ocorreu variação do nível do reservatório ele foi de 0,6472, e quando a nível constante, o coeficiente de descarga foi de 0,7718, próximos aos valores adotados de 0,61.
REFERÊNCIAS 
AZEVEDO NETTO. Manual de Hidráulica. 8ª edição. São Paulo: Edgard Blücher LTDA, 1998. 669p.
PORTO. Hidráulica básica. 4ª edição. São Carlos: EESC USP projeto REENGE, 2006. 519p.