RELATÓRIO COMPARAÇÃO ENTRE A VAZÃO EXPERIMENTAL E CALCULADA UTILIZANDO PLACA DE ORIFÍCIO

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO JEQUITINHONHA E MUCURI 
TEÓFILO OTONI – MINAS GERAIS 
BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA 
www.ufvjm.edu.br 
 
 
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HIAGO ALMEIDA ROCHA 20171021049 
 
 
 
 
 
 
LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS FLUIDOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMPARAÇÃO ENTRE A VAZÃO EXPERIMENTAL E CALCULADA UTILIZANDO 
PLACA DE ORIFÍCIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Janeiro de 2019 
 
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HIAGO ALMEIDA ROCHA 20171021049 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMPARAÇÃO ENTRE A VAZÃO EXPERIMENTAL E CALCULADA UTILIZANDO PLACA DE 
ORIFÍCIO 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório da atividade prática referente a disciplina Mecânica 
dos Fluidos, do curso de Bacharelado em Ciência e 
Tecnologia, da Universidade Federal dos Vales do 
Jequitinhonha e Mucuri. Orientado pelo Professor Cristiano 
Araújo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 
1. Introdução ............................................................................................................................. 4 
2. Objetivos ................................................................................................................................ 6 
3. Desenvolvimento .............................................................................................................................. 7 
3.1 Materiais e Métodos.................................................................................................................... 7 
4. Resultados e Discussão ............................................................................................................... 11 
5. Conclusão ........................................................................................................................................ 15 
6. Referências ...................................................................................................................................... 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
Placa de orifício é um disco com orifício central e saída em ângulo. A placa de orifício 
funciona restringindo a tubulação onde a medição é realizada. Esta restrição é provocada pelo 
orifício que é feito em uma placa de pouca espessura e aplicada no tubo. Com a restrição da 
placa o fluxo é obrigado a mudar de velocidade, e, em consequência provocar um diferencial 
de pressão. As placas são instrumentos simples e confiáveis, baseados em normas 
internacionais. 
 São classificadas em placas de orifício concêntrico e placas de orifício excêntrico ou 
segmental. As de orifício concêntrico são indicadas para fluídos limpos ou com partículas de 
tamanho reduzido e de baixa concentração. Possuem alta precisão e ótima durabilidade. As de 
orifício excêntrico são indicadas para fluídos particulados. O estilo de construção permite que 
as partículas escoem pelos orifícios, sem que haja acúmulo delas na face de entrada da placa. 
 
 
A estrutura é montada segundo a imagem: 
 
Uma placa de fina espessura e com um orifício de diâmetro d é colocada no sentido 
transversal ao do escoamento, variando a área diagonal da tubulação. Assim, após a passagem 
pela placa de orifício, o fluído sofre o aumento na velocidade e a queda brusca de pressão. 
Como ocorre uma mudança drástica na área, é gerada uma grande turbulência e perda de 
carga. 
 
 
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Figura 1: Escoamento de água através de uma placa de orifício. 
(Japan Society of Mechanical Engineers, Edit.Pergamon Press, 1988). 
 
Para os cálculos, utilizamos a equação de conservação de massa e a equação de 
Bernoulli, obtendo uma equação para a vazão: 
𝑄2 = 𝐶𝑑. 𝐴2√
2(𝑃1 − 𝑃2)
𝜌
 
 Na equação, Q é a vazão do fluido, A é a área transversal ao escoamento, ∆P é a 
diferença de pressão, ρ é a densidade do fluido e Cd é o coeficiente de descarga. 
O coeficiente de descarga da placa de orifício corrige os efeitos da perda de carga 
causada por atrito devido a mudança de área. Ele é calculado como uma relação entre o 
escoamento real e teórico através do orifício do elemento primário: 
𝑄𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝐶𝑑 × 𝑄𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. OBJETIVOS 
 
O objetivo do experimento é a determinar a vazão do fluido calculada utilizando a 
equação de conservação de massa e a equação de Bernoulli. Através desta vazão, comparar 
com o valor de vazão experimental observado e apontar os motivos da discrepância. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. DESENVOLVIMENTO 
 
3.1. Materiais e métodos 
 
Colocamos em funcionamento a bancada dupla HD98 com uma vazão de 2800l/h 
somente na linha que contém a Placa de orifício. 
 
 
 Figura 2: Placa de orifício. Figura 3: Vazão experimental. 
Aferimos a diferença de pressão entre os pontos antes (𝑃1) e logo depois da Placa de 
Orifício (𝑃2): 
 
 Figura 4: Pressão manométrica de entrada e saída. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Dados fornecidos: 
Diâmetro do tubo: 50 mm 
Diâmetro do orifício: 8 mm 
g = 9,8 m/s2 
ρ = 1000 Kg/m³ 
μ = 10−3Kg/m.s 
𝑄1 = 2800 L/h 
 
Diferença de pressão aferida: 
∆𝑃 = 65,1 − 8,0 𝐾𝑃𝑎 
∆𝑃 = 57,1 𝐾𝑃𝑎 
 
 
Aplicando a Equação de Bernoulli entre os pontos 1 e 2, obtemos uma expressão para 
o cálculo da vazão do fluido 
𝑄2 = 𝐴2√
2(𝑃1 − 𝑃2)
𝜌
 
 Essa equação deve ser corrigida considerando as perdas de carga por atrito. O fator de 
correção é o coeficiente de descarga 𝐶𝑑 da placa de orifício. 
 
𝑄2 = 𝐶𝑑. 𝐴2√
2(𝑃1− 𝑃2)
𝜌
 , 0 <𝐶𝑑< 1 
 
De acordo com a ABNT, é possível estimar o coeficiente de descarga através de uma 
relação empírica: 
𝐶𝑑 = 0,5959 + 0,0312(𝛽)
2,1 − 0,184(𝛽)8 +
97,91(𝛽)2,5
𝑅𝑒0,75
, 
onde β é a razão entre o diâmetro do orifício (d) e o diâmetro do tubo (D). 
Depois de obtido o valor da vazãologo após a placa de orifício o comparou ao valor 
experimental. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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• Bancada Dupla HD98: Equipamento capacitado a realizar ensaios relativos à mecânica 
dos fluidos, teorema de Torricelli, efeito Venturi, hidrodinâmica, hidrostática, perda de 
carga em condutos fechados. 
 
Imagem 01: Bancada HD98 Fonte: Arquivo pessoal. 
 
• Motor e reservatório de água: Moto bomba acionada eletricamente e com proteções 
contra sobrecarga, força a passagem do fluído no interior do encanamento e seu fluxo 
pode ser desviado por meio de válvulas e registros. 
 
 
Imagem 02: Motor e reservatório de agua. Fonte: Google Imagens 
 
 
 
 
 
 
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• Manômetros digitais: É um instrumento utilizado para a medição de pressão 
diferencial, pressão negativa ou pressão positiva; 
 
 
Imagem 03: Manômetro digital. Fonte: Google Imagens 
 
• Rotâmetro: medidor de vazão, de área variável e pressão constante, no qual o fluido 
escoa, em sentido ascendente, através de um tubo, elevando um peso nele contido até 
uma posição de equilíbrio com a força de ascensão do fluido 
 
Imagem 04: Rotâmetro. Fonte: Google Imagens 
 
 
 
 
 
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4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
 
Transformando os dados para o sistema internacional, temos: 
Vazão experimental = 2800
𝐿
ℎ
 = 7,77 × 10−4
𝑚3
𝑠
 
Diâmetro do tubo = 0,05𝑚 
Diâmetro do orifício: 0,008𝑚 
 
Encontrando a área transversal da tubulação antes da placa (𝐴1): 
𝐴1 =
𝜋𝐷2
4
 
𝐴1 =
𝜋(0,05𝑚)2
4
 
𝐴1 = 0,00196 𝑚
2 
 
Como 𝑄1 = 𝑣1. 𝐴1, obteremos a velocidade do fluido antes da placa. 
𝑄1 = 𝑣1. 𝐴1 
7,77 × 10−4 = 𝑣1. 0,00196 
𝑣1 = 0,3964 𝑚/𝑠 
 
Calculando número de Reynolds: 
 
𝑅𝑒 =
𝐷1𝑣1𝜌
𝜇
 
 
 
 
𝑅𝑒 =
0,05𝑚 × 0,3964
𝑚
𝑠 × 1000 𝑘𝑔/𝑚³
10−3𝑘𝑔
𝑚. 𝑠
 
 
𝑅𝑒 = 19820 
 
Antes de usar a equação para calcular a vazão em placas de orifício, encontraremos o 
coeficiente de descarga (𝐶𝑑). 
𝐶𝑑 = 0,5959 + 0,0312(𝛽)
2,1 − 0,184(𝛽)8 +
97,91(𝛽)2,5
𝑅𝑒0,75
 
Como β = Diâmetro do orifício/ Diâmetro do tubo 
𝛽 =
0,008
0,05
= 0,16 
 
 
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Então, 
𝐶𝑑 = 0,5959 + 0,0312(0,16)
2,1 − 0,184(0,16)8 +
97,91(0,16)2,5
198200,75
 
𝐶𝑑 ≅ 0,59716 
 
Considerando ∆𝑃 = 𝑃1 − 𝑃2, então ∆𝑃 = 57100 𝑃𝑎. 
𝑄2 = 𝐶𝑑. 𝐴2√
2(𝑃1 − 𝑃2)
𝜌
 
𝑄2 = 0,59716 × 5 × 10
−5 𝑚²√
2(57100 𝑃𝑎)
1000 𝑘𝑔/𝑚³
 
𝑄2 = 3,1908 × 10
−4𝑚3/𝑠 
Por fim, analisando o valor teórico da vazão calculado e o valor obtido experimentalmente na 
prática, pode-se obter o seguinte erro relativo percentual: 
𝐸𝑟 =
|𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙|
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜
𝑥 100 
𝐸𝑟 = 143,5 % 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. CONCLUSÃO 
 
Percebe-se que o valor teórico da vazão calculado, utilizando a equação de 
conservação da massa e a equação de Bernoulli, difere do valor da vazão obtido 
experimentalmente. Alguma discrepância entre tais valores já era esperada, considerando que 
experimentos são suscetíveis a erros, como uma leitura errada de medida. Ademais, o valor 
teórico também pode carregar erros de simplificações nos cálculos. 
Com uma maior precisão na coleta dos dados para o experimento e um cálculo mais 
rigoroso do coeficiente de descarga (que deve ser constante independente da vazão) o método 
pode ser usado para medidas de vazões reais em tubulações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. REFERÊNCIAS 
 
• BRUNETTI, Franco, Mecânica dos Fluidos / 2ª Ed., São Paulo, SP: Pearson Prentice 
Hall, 2008. 
• Disponível em: http://www.hidrodidatica.com.br/bancada-de-hidraulica-sistema-
ensaio-em-tubulacoes-fechadas-condutos-forcados-pressao-e-vazao.php. Acesso em: 
31/01/2019 
• Disponível em: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4435504/mod_resource/content/1/Experienci
a_Medidores_de_Vazao.pdf . Acesso em: 01/02/2019 
• Disponível em: http://www.process.ind.br/produto/placa-de-orificio.html Acesso em: 
01/02/2019 
• FOX, R.W.; MCDONALD, A.T.; PRITCHARD, P.J. Introdução à Mecânica dos 
Fluidos. 6ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006.