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.