14UNIVERSIDADE METODISTA DE PIRACICABAFACULDADE DE ENGENHARIA,
ARQUITETURA E URBANISMO
Grupo 4:Bruna Tetzner BarbosaJulio Czar Pazetti JrLuana Moreira
de SousaMarcelo Henrique Lucato RizzoWilliam Barbosa
CALIBRAO DE UMA PLACA DE ORIFCIO(MDULO GUA)
SANTA BRBARA DOESTE2012
Lista de FigurasFigura 1: Escoamento interno atravs de um bocal,
mostrando o volume de controle usado na anlise.3Figura 2:
Coeficiente de vazo - K6
lista de tabelasTabela 1: Leituras das massas em relao ao
tempo.9Tabela 2: Leitura dos deltas de presso.9Tabela 3: Dados
experimentais.12
Sumrio1Introduo31.1Objetivo31.2Fundamentos
Tericos31.2.1Medidores de vazo para escoamentos internos utilizando
elementos de queda de
presso..................................................................................................................31.2.2Coeficiente
de descarga e sua variao em funo do numero de Reynolds para cada
relao beta.42MATERIAIS UTILIZADOS73PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL84DADOS
EXPERIMENTAIS95metodologia105.1Velocidade.105.2Vazo mssica
terica.105.3Vazo mssica mdia real (experimental).105.4Coeficiente
de descarga.115.5coeficiente nico.115.6Vazo Mssica
real.115.7Reynolds.116ANALISE DE DADOS127concluso138referencias
BIBLIOGRFICAS14
IntroduoobjetivoDeterminar a constante C e o coeficiente de vazo
K da placa de orifcio.Comparar o valor obtido com informaes
encontradas na literatura.
Fundamentos Tericos
Medidores de vazo para escoamentos internos utilizando elementos
de queda de presso
A maioria dos medidores de escoamentos internos (exceto o
elemento de escoamento laminar) baseada na acelerao da corrente
fluida atravs de alguma forma de bocal como esquematizado na Figura
01.
Figura 1: Escoamento interno atravs de um bocal, mostrando o
volume de controle usado na anlise.O deslocamento do fluido nas
bordas vivas da garganta do bocal provoca a formao de uma zona de
recirculao, como indicam as linhas tracejadas, a jusante do bocal.
A corrente principal continua a acelerar-se a partir da garganta do
bocal para formar a veia contrada na seo 2 e depois volta a
desacelerar-se e encher o conduto. Na veia contrada, a seo de
escoamento passa por seu valor mnimo, as linhas de corrente so
essencialmente retas e a presso uniforme em todos os pontos da
corrente. (FOX,McDONALD,1988)Placa de OrifcioA placa de orifcio
consiste em uma placa delgada montada entre flanges de uma tubulao.
Como sua geometria simples, seu custo baixo e a instalao fcil. O
orifcio de bordas vivas no sofre os efeitos de escala nem de
materiais em suspenso. Contudo, material em suspenso pode obstruir,
pela face de montante, o orifcio concntrico de um tubo horizontal;
para obviar essa dificuldade um orifcio excntrico pode ser
praticado prximo da parte inferior do tubo. As principais
desvantagens do orifcio so sua capacidade limitada e a elevada
perda de carga devida expanso no controlada da veia liquida a
jusante do elemento medidor.Orifcios de tomadas de presso podem ser
praticados em diversas posies. Como a posio das tomadas de presso
influencia o valor do coeficiente de vazo determinada
empiricamente, C ou K devem ser selecionados de manuais
concordantes com essas posies.
Coeficiente de descarga e sua variao em funo do numero de
Reynolds para cada relao beta.
O escoamento terico pode ser relacionado com a diferena de
presses entre as sees 1 e 2, pela aplicao das equaes da
continuidade e de Bernoulli. Ento fatores de correo empricos podem
ser aplicados para obter-se o valor real da
vazo.(FOX,McDONALD,1988)Combinando as equaes e isolando a
velocidade V2 temos a Equao 01.
(01)
Sendo que a vazo terica dada pela Equao 02.
(02)
A Equao 02 fornece a relao entre a vazo em massa e a queda de
presso para um medidor com constrio. (FOX,McDONALD,1988)De acordo
com engel e Cimbala (2007), a velocidade da Equao 01 obtida
considerando que no haja nenhuma perda e, portanto, essa velocidade
a mxima que pode ocorrer no local da constrio. Na verdade,
inevitvel que haja alguma perda de presso devida aos efeitos do
atrito e, portanto a velocidade ser menor. Alm disso, a corrente de
fluido continua se contraindo aps a obstruo, e a rea da veia
contrada menor do que a rea de escoamento da obstruo. As duas
perdas podem ser calculadas pela incorporao de um fator de correo
chamado de coeficiente de descarga (C).
(03)
Segundo Fox e McDonald (1998), usando o coeficiente de descarga
na Equao 02, a vazo real expressa pela Equao 04.
(04)
ou fazendo, , vem , ento:
(05)
De acordo com Fox e McDonald (1998), na Equao 02, o fator
denominado fator de velocidade de aproximao. O coeficiente de vazo
e o coeficiente da velocidade de aproximao so, frequentemente,
combinados em um coeficiente nico (K), dado pela Equao 06.
(06)
Em termos do coeficiente de vazo, a vazo em massa, real,
expressa pela Equao 07.
(07)
Bocal medidor
Os bocais medidores podem ser usados em cmaras pressurizadas ou
em dutos. Em corte longitudinal o bocal apresenta-se como de
elipse.
Figura 2: Coeficiente de vazo - KMATERIAIS UTILIZADOS-Tubo liso;
- Bocal mvel com um tubo de Pitot;- Placa de orifcio;- Mangueiras;-
Balde;- Balana;- Cronmetro;- Manmetro.PROCEDIMENTO EXPERIMENTALA
vazo de gua regulada em um valor qualquer. adicionada gua ao balde
por um perodo de tempo onde logo aps foi medido a exata massa da
mesma. A leitura de variao de presso feita pelo manmetro e este
procedimento realizado por trs vezes. A vazo alterada para outro
valor qualquer e o experimento repetido para fins de mdia.DADOS
EXPERIMENTAISAs massas e o tempo obtidos so apresentados na tabela
1.
Tabela 1: Leituras das massas em relao ao tempo.Vazo 1
LeituraMassa (kg)Tempo(s)
112,65,00
222,7610,00
335,6815,00
Vazo 2
LeituraMassa (kg)Tempo(s)
115,365,00
224,287,00
335,0810,00
Todos os dados foram coletados no mesmo dia e no mesmo
laboratrio a uma temperatura ambiente de 25C e presso atmosfrica de
724 mmHg.
Os deltas de presso so apresentados na tabela 2.
Tabela 2: Leitura dos deltas de presso.DeltaPresso(Kgf/cm2)
Vazo 10,23
Vazo 20,47
Os valores dos deltas de presso foram transformados para Pa de
acordo com o SI para fins de clculos.metodologiaA metodologia de
clculo e anlise deve ser aplicada aos dois pontos de observao, vazo
1 e vazo 2, da seguinte forma.
Velocidade.
Combinando as equaes da continuidade e de Bernoulli e isolando a
velocidade V2 temos a equao da velocidade:
Vazo mssica terica.
A relao entre a vazo em massa e a queda de presso para um
medidor com constrio dada pela equao:
Vazo mssica mdia real (experimental).
A relao dada pela equao:
Coeficiente de descarga.
As perdas de presso e velocidade podem ser calculadas pela
incorporao de um fator de correo chamado de coeficiente de descarga
(C).
coeficiente nico.
O coeficiente de vazo e o coeficiente da velocidade de aproximao
so, frequentemente, combinados em um coeficiente nico (K), dado
pela equao:
Vazo Mssica real.
Em termos do coeficiente de vazo, a vazo em massa, real,
expressa pela equao.
Reynolds.
calculado pela equao:
ANALISE DE DADOSA tabela 3 apresenta os resultados obtidos
experimentalmente.
Tabela 3: Dados experimentais.
Velocidade(m/s)VazoMssicaTerica(Kg/s)VazoMssicaRealMdiaExperimental(Kg/s)CKReynolds
Vazo 14,780,014530,0079060,5440,691,24x105
Vazo 26,300,020770,011390,5480,701,62x105
Nota-se que os coeficientes C e K relacionados ao Reynolds tm um
resultado coerente quando comparados com a relao j existente na
literatura, porm no possvel atingir a vazo terica, uma vez que em
todo o procedimento h perdas de velocidade e presso, gerando uma
porcentagem de erro relativamente alta. Observa-se tambm que quanto
maior a vazo, maior o nmero de Reynolds devido ao aumento da
turbulncia. Portanto, a porcentagem de erro segue a mesma
tendncia.concluso Foi possvel determinar a constante C e o
coeficiente de vazo K da placa de orifcio, podendo comparar o valor
obtido com informaes encontradas na literatura. Com isso possvel
concluir que a placa de orifcio um instrumento muito utilizado no
mercado, porm possvel observar algumas desvantagens, como sua
capacidade limitada e a elevada perda de carga devido expanso no
controlada da veia liquida a jusante do elemento
medidor.referencias BIBLIOGRFICAS FOX, R.W. e Mc.DONALD, A.T.
Introduo mecnica dos fluidos. 3.ed., Rio de Janeiro: Guanabara
Koogan, 1992.
CENGEL, Y.A. e CIMBALA, J.M. Mecnica dos Fluidos, Fundamentos e
Aplicaes, 1o ed. So Paulo: Editora McGraw-Hill, 2007.