4° relatório de aula prática - Orifícios e bocais

Prévia do material em texto

Universidade Federal do Ceará 
Centro de Ciências Agrárias 
Departamento de Engenharia Agrícola 
Graduação em Agronomia 
ADO195 – Hidráulica Aplicada 
 
 
 
 
 
 
 
 
(Relatório de aula prática) 
Orifícios e bocais 
 
 
 
 
 
 
Laura Cunha Rebouças Lessa, 373496 
Maria Vitória Mendes Cordeiro, 373504 
 
 
 
 
 
 
 
Fortaleza, CE 
13 outubro de 2017 
1. Introdução 
 
Foronomia é o estudo do escoamento dos fluidos através de orifícios e 
bocais. 
Orifício é toda abertura, de perímetro fechado, de forma geométrica definida, 
praticada na parede, fundo de um reservatório ou conduto sob pressão, que 
contenha um líquido ou gás, através do qual se dá o escoamento. 
Já bocais são peças tubulares adaptadas aos orifícios, tubulações ou 
aspersores, para dirigir seu jato. Seu comprimento deve estar compreendido 
entre uma vez e meia (1,5) e cinco vezes (5) o seu diâmetro. 
Esses objetos são usados em paredes de reservatórios, pequenos tanques, 
canais e canalizações e servem para medir e controlar a vazão do reservatório. 
 
2. Objetivos 
 
A aulas ministradas nos dias 29/09 e 06/10 objetivaram mostrar as vazões 
em quatro saídas diferentes (registro de meia polegada, tubo de meia polegada, 
conector de mangueira e um bocal) e em diferentes alturas (10, 20, 30, 40 e 50 
cm); além de mostrar na pratica as diferenças entre a vazão teórica e a vazão 
real, ocasionadas por perdas de carga. 
 
 
3. Metodologia 
 
Mediu-se o diâmetro de quatro saídas diferentes, sendo elas um registro, um 
conector de mangueira, um tubo e um bocal. 
Um recipiente com altura de 63 centímetros e contendo uma saída na parte 
de baixo foi enchido com água. Foi medido a vazão deste quando a altura da 
água estava em diferentes pontos (10, 20, 30, 40, 50 cm). A vazão também foi 
verificada de acordo com as quatro saídas que foram acopladas no mesmo. 
 
Saída Diâmetro (mm) Área (m2) 
Registro 9,6 0,000072382 
Tubo 15 0,000176714 
Conector 10 0,000078539 
Bocal 18,6 0,000271716 
 
As vazões reais foram calculadas a partir do volume de água coletado em 
um balde durante um tempo determinado. Assim, foram obtidas as seguintes 
informações: 
 
 
 
 Registro 
Altura(cm) 10 20 30 40 50 
Volume(L) 0,55 0,70 0,94 1,07 1,18 
Tempo(s) 5,31 5,40 5,35 5,40 5,35 
 
 Tubo 
Altura(cm) 10 20 30 40 50 
Volume(L) 1,49 1,69 1,86 2,29 2,35 
Tempo(s) 6,87 5,35 5,27 5,39 5,26 
 
 Conector 
Altura(cm) 10 20 30 40 50 
Volume(L) 0,73 1,0 1,27 1,34 1,47 
Tempo(s) 5,02 5,28 5,54 5,65 5,43 
 
 Bocal 
Altura(cm) 10 20 30 40 50 
Volume(L) 1,86 2,68 3,22 3,67 4,15 
Tempo(s) 5,18 5,22 5,53 5,03 5,47 
 
A vazão real pode ser obtida pela razão entre o volume sobre o tempo, 
através da seguinte fórmula: 
 
𝑄𝑅 =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜
 
 
Sendo que, neste caso, o volume está sendo dado em litros e o tempo é dado 
em segundos. 
Assim: 
 Registro 
𝑄𝑅10 = 
0,55
5,31
= 0,103
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅20 = 
0,70
5,40
= 0,129
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅30 = 
0,94
5,35
= 0,175
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅40 = 
1,07
5,40
= 0,189
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅50 = 
1,28
5,35
= 0,220
𝐿
𝑠
 
 
 
 
 Tubo 
𝑄𝑅10 = 
1,49
6,87
= 0,216
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅20 = 
1,69
5,35
= 0,315
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅30 = 
1,86
5,27
= 0,352
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅40 = 
2,29
5,39
= 0,424
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅50 = 
2,35
5,26
= 0,446
𝐿
𝑠
 
 
 Conector 
𝑄𝑅10 = 
0,73
5,02
= 0,145
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅20 = 
1,00
5,28
= 0,189
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅30 = 
1,27
5,54
= 0,229
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅40 = 
1,34
5,65
= 0,237
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅50 = 
1,47
5,43
= 0,270
𝐿
𝑠
 
 
 Bocal 
 
𝑄𝑅10 = 
1,86
5,18
= 0,359
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅20 = 
2,68
5,22
= 0,513
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅30 = 
3,22
5,53
= 0,229
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅40 = 
3,67
5,03
= 0,729
𝐿
𝑠
 
𝑄𝑅50 = 
4,15
5,47
= 0,758
𝐿
𝑠
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A variação da vazão representada graficamente se dá da seguinte forma: 
 
 
Observa-se que a variação em relação a vazão se dá em função do 
diâmetro de cada saída, e da altura de água sendo que a saída de maior 
diâmetro apresenta uma maior vazão e, quanto maior for a coluna de água, 
maior a saída da mesma, devido ao fato de a pressão exercida ser maior 
naquele ponto. 
 
 
Já a vazão teórica expressa o volume de água que deveria passar, caso 
não houvesse nenhuma perda durante o processo. Essa vazão é dada através 
da seguinte fórmula: 
𝑄𝑇 = á𝑟𝑒𝑎 (𝑚2) × √2 × 𝑔 × ℎ 
Sendo assim, os resultados esperados para a vazão seriam: 
 Registro 
𝑄𝑇10 = (0,000072382 × √2 × 9,78 × 0,1) × 1000 = 0,101𝐿/𝑠 
𝑄𝑇20 = (0,000072382 × √2 × 9,78 × 0,2) × 1000 = 0,143𝐿/𝑠 
𝑄𝑇30 = (0,000072382 × √2 × 9,78 × 0,3) × 1000 = 0,175𝐿/𝑠 
𝑄𝑇40 = (0,000072382 × √2 × 9,78 × 0,4) × 1000 = 0,202𝐿/𝑠 
𝑄𝑇50 = (0,000072382 × √2 × 9,78 × 0,5) × 1000 = 0,226𝐿/𝑠 
 
 Tubo 
𝑄𝑇10 = (0,000176714 × √2 × 9,78 × 0,1) × 1000 = 0,247𝐿/𝑠 
𝑄𝑇20 = (0,000176714 × √2 × 9,78 × 0,2) × 1000 = 0,349 𝐿/𝑠 
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
10 20 30 40 50
V
az
ão
 R
ea
l (
L/
s)
Altura da água (cm)
Vazão real em relação a altura de água 
Registro Tubo Conector Bocal
𝑄𝑇30 = (0,000176714 × √2 × 9,78 × 0,3) × 1000 = 0,428 𝐿/𝑠 
𝑄𝑇40 = (0,000176714 × √2 × 9,78 × 0,4) × 1000 = 0,494𝐿/𝑠 
𝑄𝑇50 = (0,000176714 × √2 × 9,78 × 0,5) × 1000 = 0,552 𝐿/𝑠 
 
 Conector 
𝑄𝑇10 = (0,000078539 × √2 × 9,78 × 0,1) × 1000 = 0,109𝐿/𝑠 
𝑄𝑇20 = (0,000078539 × √2 × 9,78 × 0,2) × 1000 = 0,155𝐿/𝑠 
𝑄𝑇30 = (0,000078539 × √2 × 9,78 × 0,3) × 1000 = 0,190𝐿/𝑠 
𝑄𝑇40 = (0,000078539 × √2 × 9,78 × 0,4) × 1000 = 0,219𝐿/𝑠 
𝑄𝑇50 = (0,000078539 × √2 × 9,78 × 0,5) × 1000 = 0,245𝐿/𝑠 
 
 Bocal 
𝑄𝑇10 = (0,000271716 × √2 × 9,78 × 0,1) × 1000 = 0,380𝐿/𝑠 
𝑄𝑇20 = (0,000271716 × √2 × 9,78 × 0,2) × 1000 = 0,537𝐿/𝑠 
𝑄𝑇30 = (0,000271716 × √2 × 9,78 × 0,3) × 1000 = 0,658𝐿/𝑠 
𝑄𝑇40 = (0,000271716 × √2 × 9,78 × 0,4) × 1000 = 0,760𝐿/𝑠 
𝑄𝑇50 = (0,000271716 × √2 × 9,78 × 0,5) × 1000 = 0,849𝐿/𝑠 
 
 
 
 
 
A variação da vazão representada graficamente se dá da seguinte forma: 
 
 
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
10 20 30 40 50
V
az
ão
 (
L/
s)
Altura de água (cm)
Vazão teórica em relação a altura de água 
Registro Tubo Conector Bocal
 
 
 
Novamente, a vazão se dá em função da área da seção de saída de água 
e da altura da água mas, nesse caso, a vazão acima representa o volume de 
água que deveria passar pela saída. Esta é maior que a vazão real, devido ao 
fato de aqui não serem consideradas as perdas ocorridas no processo. 
 
A perda ocorrida entre as duas vazões pode ser mensurada através do 
coeficiente de descarga, que é obtido pela razão entre a vazão teórica e a vazão 
real. Assim, tem-se as perdas para cada altura nas diferentes saídas. O resultado 
obtido, quando expresso em percentagem, indica o quanto de água realmente 
passa quando comparado ao que deveria passar. O coeficiente de descarga é 
adimensional. 
𝐶𝑑 = 
𝑄𝑅
𝑄𝑇
 
 Registro 
 
𝐶𝑑10 = 
0,103
0,101
= 1,01 
 
𝐶𝑑20 = 
0,129
0,143
= 0,90 
𝐶𝑑30 = 
0,175
0,175
= 1,0 
𝐶𝑑40 = 
0,198
0,202
= 0,98 
𝐶𝑑50 = 
0,220
0,226
= 0,97 
 
 Tubo 
 
𝐶𝑑10 = 
0,216
0,247
= 0,87 
𝐶𝑑20 = 
0,315
0,349
= 0,90 
𝐶𝑑30 = 
0,352
0,428
= 0,82 
𝐶𝑑40 = 
0,424
0,494
= 0,85 
𝐶𝑑50 = 
0,446
0,552
= 0,80 
 
 
 
 Conector 
 
𝐶𝑑10 = 
0,145
0,109
= 1,33 
𝐶𝑑20 = 
0,189
0,155
= 1,21 
𝐶𝑑30 = 
0,229
0,190
= 1,20 
𝐶𝑑40 = 
0,237
0,219
= 1,08 
𝐶𝑑50 = 
0,270
0,245
= 1,10 
 
 Bocal 
 
𝐶𝑑10 = 
0,359
0,380
= 0,94 
𝐶𝑑20 = 
0,513
0,537
= 0,95 
𝐶𝑑30 = 
0,582
0,658
= 0,88 
𝐶𝑑40 = 
0,729
0,760
= 0,95 
𝐶𝑑50 = 
0,758
0,849
= 0,89 
 
Graficamente, tem-se: 
 
 
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
10 20 30 40 50
C
o
ef
ic
ie
n
te
 d
e 
d
es
ca
rg
a 
Altura de água (cm)
Coeficiente de descarga 
Registro Tubo Conector Bocal
 
4. Resultados e discussãoFoi possível observar que diversos fatores podem afetar a vazão que 
realmente ocorre no recipiente, originando a perda de carga, que é definida pelo 
coeficiente de descarga, que é intrínseco para cada saída. 
Quanto maior o diâmetro da saída, maior a vazão, pois esta influi diretamente 
na mesma. 
A altura da água também exerce influência na vazão pois, quanto maior a 
altura, maior a pressão e maior vazão. 
O valor do coeficiente de descarga, por representar perdas, não pode 
ultrapassar 1. Os resultados obtidos acima de 1 ocorreram devido a diferença 
nas medidas de tempo na vazão real e de erros ocorridos durante a medida do 
volume passado. 
 
5. Conclusão 
 
De acordo com os valores obtidos, observa-se que a vazão teórica é sempre 
maior que a vazão real e isto deve ser considerado durante a realização de 
projetos hidráulicos. Quanto maior a altura da água, maior a vazão de saída. 
O coeficiente de descarga nunca pode ser maior que 1, pois este expressa a 
percentagem de água que passa durante a vazão real quando comparada a 
vazão teórica. 
 
6. Referências bibliográficas 
 
I. SILVA, Gilberto Queiroz da. Estudo dos orifícios e bocais. Disponível 
em: <http://em.ufop.br/deciv/departamento/~gilbertoqueiroz/CIV225- 
Aula2_Orificios e Bocais.pdf>. Acesso em: 12 out. 2017. 
II. ORIFÍCIOS e bocais. Disponível em: 
<http://www2.ufersa.edu.br/portal/view/uploads/setores/111/orificios_e_b
ocais.pdf>. Acesso em: 12 out. 2017. 
III. TEOREMA de Torricelli. Disponível em: 
<https://pt.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Torricelli>. Acesso em: 12 out. 
2017.