Relatório Placa orifício e tubo venturi

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FACULDADE DE AMERICANA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II
Prof.ª KARINA KLOCK DA COSTA
RELATÓRIO 2
MEDIDOR DE VAZÃO: TUBO VENTURI E PLACA ORIFÍCIO
Grupo 03
Danilo Gallinari, 20150789
Giovanna Giatti 20171082
Rogério Meneses Mateus, 20150685
Americana
2018
2
Danilo Gallinari, 20150789
Giovanna Giatti, 20171082
Rogério Meneses Mateus, 20150685
MEDIDOR DE VAZÃO: TUBO VENTURI E PLACA ORIFÍCIO
Relatório de prática experimental apresentada na disciplina de Laboratório de Engenharia Química II na Faculdade de Americana.
Prof. Karina Klock da Costa.
Americana
	Laboratório de Engenharia Química II – Relatório 2
	
	Laboratório de Engenharia Química II – Relatório 2
	
2018
	
Sumário
1.	introdução	4
2.	objetivo	6
3.	MATERIAIS UTILIzados	6
4.	Metodologia	7
5.	Resultados e discussões	8
6.	CONClusão	12
7.	Bibliografia	12
8.	ANEXO	13
8.1 Placa orifício	13
8.2 Tubo Venturi	14
introdução
A medição de vazão ou velocidade média em um tubo pode ser determinada experimentalmente por diferentes tipos de medidores. A escolha de um medidor pela incerteza exigida, faixa de medida, custo, complicações, facilidade de leitura ou de redução de dados e tempo de vida em serviço. O dispositivo mais simples e mais barato que forneça a exatidão desejada deve ser escolhido. (Fox, McDonald, & Pritchard)
A placa de orifício, mostrada na Figura 1, é uma placa fina que pode ser interposta entre flanges de tubos. Como a sua geometria é simples, ela é de baixo custo e de fácil instalação ou reposição. […] As principais desvantagens do orifício são a sua capacidade limitada e a elevada perda de carga permanente decorrente da expansão não controlada a jusante do elemento medidor. (Fox, McDonald, & Pritchard)
Figura 1. Modelo de placa orifício.
(Fonte: https://www.wika.com.br.)
Os medidores venturi ou tubos de venturi, mostrado na , são em geral fundidos e usinados com tolerâncias muito pequenas de modo a reproduzir o desempenho do projeto padrão. Como resultado, os medidores venturi são pesados, volumosos e caros. A seção do difusor cônico a jusante da garganta fornece excelente recuperação de pressão; por isso, a perda de carga total é baixa. O medidor venturi é também autolimpante por causa do seu contorno interno muito liso.
Figura 2. Modelo de tubo venturi.
(Fonte: http://www.directindustry.com)
objetivo
Determinar a diferença de pressão em tubulações com placa orifício e tubo Venturi alternando o processo entre duas bombas diferentes.
MATERIAIS UTILIzados
· Bancada hidráulica com placa orifício, tubo Venturi e bomba com inversor de frequência acoplados.
· Régua de 1m.
· 50 litros de água.
Metodologia
Numeraram-se os tubos da bancada de 1 a 5, de cima para baixo, utilizando para esta prática apenas a tubulação de número 5 que contém a placa orifício e o tubo Venturi. Primeiramente usou-se a bomba com medição de vazão em m³/h (Bomba 1), aumentando lentamente a vazão em níveis de 0,1 partindo de 0,3 a 0,9 m³/h. Mediu-se a altura manométrica para cada variação de vazão, com o auxílio da régua, nos manômetros em U, atrás das linhas de processo. 
Repetiu-se o experimento para a bomba com medição de vazão em L/h (Bomba 2), desta forma, a variação partiu de 500 a 800 L/h, em níveis de 100 L/h. Realizou-se o experimento em duplicata para cada bomba.
Resultados e discussões
Foram usadas como "Bomba 1" de marca WEG e como "Bomba 2" a de marca WORKER. As alturas manométricas medidas com a Bomba 1 são mostradas nas Tabela 1 e Tabela 2. 
 
Tabela 1. Altura manométrica utilizando placa orifício e a Bomba 1.
 
Percebe-se que a altura manométrica da placa orifício além de variar minimamente de uma medição para a outra, ainda apresentou maiores alturas indicando que a energia oferecida pela bomba foi melhor aproveitada.
Tabela 2. Altura manométrica utilizando tubo Venturi com a Bomba 1.
 
Durante a prática observou-se que quando a Bomba 1 atingiu a vazão de 0,8 m³/h o fluido corrente na tubulação entrou no tubo do manômetro, fato que deve, e foi rapidamente sanado, visto que pode influenciar de maneira significativa na eficiência do processo. O mesmo ocorreu para a vazão de 700 L/h da Bomba 2.
Comparando as alturas entre a placa orifício e o tubo Venturi utilizando a Bomba 2, nas Tabela 3 e Tabela 4, é possível observar que o primeiro também apresentou valores positivos com relação ao segundo. 
Tabela 3. Altura manométrica utilizando placa orifício com a Bomba 2.
	
Tabela 4. Altura manométrica utilizando tubo Venturi com a Bomba 2.
Vale lembrar que não foi possível realizar o mesmo número de medições entre as bombas devido ao excesso de diferença de pressão na segunda bomba.
Calculou-se, primeiramente, a perda de carga para cada diferença de altura através da Equação 1, considerando como g = 9,8 m/s².
 (
Equação 
1
)
A diferença de pressão foi maior para a placa orifício em ambas as bombas, assim como o tipo de escoamento determinado pelo número de Reynolds, caracterizando a primeira desvantagem do acessório, confirmando assim a teoria.
Para os demais cálculos assumiu-se a temperatura ambiente como 25°C, sendo a massa específica da água ρ nesta condição como 997 kg/m³ e do ar à mesma temperatura como 1,19 kg/m³. (Fox, McDonald, & Pritchard). O diâmetro interno da tubulação de PVC é de 2,1cm, assim como o diâmetro da placa orifício é de 11,4 mm e o tubo Venturi de cobre com diâmetro externo de 15 mm.
Com a diferença de pressão foi possível estimar as velocidades do fluido nas seções da placa orifício, que apresentou maior velocidade, e no estrangulamento do tubo Venturi (V2), bem como na seção do tubo anterior à estes (V1), através das Equações 2 e 3, respectivamente.
 (
Equação 
2
)
 (
Equação 
3
)
O regime do escoamento foi determinado pelo número de Reynolds a partir da Equação 4, onde μ é a viscosidade dinâmica do fluido e assume o valor de 8,93.10-4. Em todos os casos o escoamento foi caracterizado como turbulento, como descrito no Anexo, seguindo a regra de que Re < 2000: Laminar; 2000 < Re < 2400: transição e Re ≥ 2400: turbulento.
 (
Equação 
4
)
E por fim, calculou-se o coeficiente de vazão empírico C pela Equação 5. Lembrando que β é o quociente da raiz quadrada entre as áreas 1 e 2. Os resultados obtidos para este coeficiente não foram satisfatórios uma vez que obtiveram-se número aproximados de 0,62 enquanto se esperava 0,99.
 (
Equação 
5
)
O esquema da bancada de tubulação utilizado é mostrado na Figura 3.
Figura 3. Bancada de tubulação com bomba hidráulica.
CONClusão
O objetivo foi alcançado uma vez que este visava calcular a diferença de pressão numa mesma tubulação contendo placa orifício e tubo Venturi, variando a vazão bem como as bombas a serem utilizadas. Concluiu-se que dos fatores analisados, a placa orifício apresentou maior perda de carga, como esperado, bem como maior número de Reynolds, embora todos os fluxos se caracterizaram como turbulento, além de maior altura manométrica.
Bibliografia
Fox, R. W., McDonald, A. T., & Pritchard, P. J. (s.d.). Introdução à mecânica dos fluidos. LTC.
Klock, Karina. Roteiro de Aula Prática – Laboratório de Engenharia Química II, 2018.
ANEXO
8.1 Placa orifício
Tabela 5. Parâmetros calculados de acordo com a vazão utilizando a Bomba 1.
Tabela 6. Parâmetros calculados de acordo com a vazão utilizando a Bomba 2.
8.2 Tubo Venturi
Tabela 7. Parâmetros calculados de acordo com a vazão utilizando a Bomba 1.
Tabela 8. Parâmetros calculados de acordo com a vazão utilizando a Bomba 2.
3
Vazão [m³/h]
h1 [mH
2
O]h2 [mH
2
O]Média h [mH2O]
0,30,0750,075
0,0750
0,40,0920,107
0,0995
0,50,1600,153
0,1565
0,60,2750,270
0,2725
0,70,3400,355
0,3475
0,80,4250,440
0,4325
0,90,5020,556
0,5290
Bomba 1
Vazão [m³/h]h1 [mH
2
O]h2 [mH
2
O]
Média h [mH2O]
0,30,0540,0400,0470
0,40,0780,0820,0800
0,50,1150,105
0,1100
0,60,1550,1650,1600
0,70,1830,2060,1945
0,80,2250,2570,2410
0,90,3050,3040,3045
Bomba 1
Vazão [m³/h]
h1 [mH
2
O]h2 [mH
2
O]Média h [mH2O]
500
0,2750,2850,2800
600
0,3520,3950,3735
700
0,4760,5000,4880800
0,5880,5950,5915
Bomba 2
Vazão [L/h]
h1 [mH
2
O]h2 [mH
2
O]Média h [mH2O]
5000,1570,1500,1535
6000,2050,2100,2075
700
0,2750,2700,2725
8000,3350,3300,3325
Bomba 2
(
)
gh
P
P
f
m
B
A
r
r
-
=
-
Vazão [m³/h]
0,30,40,50,60,70,80,9
ΔP [Pa]
7,32E+049,71E+041,53E+052,66E+053,39E+054,22E+055,15E+05
V
2
 [m/s]
12,680214,605218,317024,170227,294430,450133,6444
V
1
 [m/s]
3,73684,30415,39797,12288,04358,97359,9148
Re
8,76E+041,01E+051,27E+051,67E+051,89E+052,10E+052,32E+05
C
0,60710,60670,60610,60560,60540,60520,6050
ṁ
real
0,78180,90051,12931,49021,68281,87742,0744
Bomba 1
Vazão [L/h]
500600700800
ΔP [Pa]
2,73E+053,64E+054,76E+055,77E+05
V
2
 [m/s]
24,500528,297132,344935,5951
V
1
 [m/s]
7,22028,33909,531910,4897
Re
1,69E+051,96E+052,23E+052,46E+05
C
0,60550,60530,60510,6050
ṁ
real
0,04780,05520,06310,0694
Bomba 2
Vazão [m³/h]
0,30,40,50,60,70,80,9
ΔP [Pa]
4,59E+027,81E+021,07E+031,56E+031,90E+032,35E+032,97E+03
V
2
 [m/s]
1,00381,30961,53571,85212,04202,27302,5550
V
1
 [m/s]
0,29580,38590,45250,54580,60180,66980,7529
Re
6,94E+039,05E+031,06E+041,28E+041,41E+041,57E+041,77E+04
C
0,62940,62460,62220,61970,61850,61740,6162
ṁ
real
0,06340,08280,09710,11710,12910,14370,1615
Bomba 1
Vazão [L/h]
500600700800
ΔP [Pa]
1,50E+032,02E+032,66E+033,24E+03
V
2
 [m/s]
38,704044,999851,568556,9636
V
1
 [m/s]
0,53460,62160,71230,7868
Re
1,25E+041,46E+041,67E+041,84E+04
C
0,62000,61820,61670,6157
ṁ
real
0,11400,13260,15190,1678
Bomba 2