Relatorio 3 Quase Pronto Conclusao

5/11/2018 Relatorio 3 Quase Pronto Conclusao - slidepdf.com

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FACULDADE DE ARACRUZDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICALABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA

AMANDA PIOL BONINSENHAANDRÉ SANTOS ROSALEM

LAILA CESCONETO PANDOLFILUAN CUNHA OLIVEIRA

PRÁTICA 3: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DESCARGA

ARACRUZ2011



AMANDA PIOL BONINSENHAANDRÉ SANTOS ROSALEM

LAILA CESCONETO PANDOLFILUAN CUNHA OLIVEIRA

PRÁTICA 4: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE DESCARGA

Relatório apresentado ao Departamentode Engenharia Química, da disciplina deLaboratório de Engenharia Química I, dosalunos do 6º período turma B, comorequisito parcial de aprovação.

Profº orientador: Uara Sarmenghi

ARACRUZ2011



1 OBJETIVO

Determinações do coeficiente de descarga de orifícios circulares.



2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 MEDIDORES DE VAZÃO PARA ESCOAMENTOS INTERNOS

2.1.1 Medição de Vazão

A escolha de um medidor de vazão é influenciada pela incerteza exigida, faixa

de medidor, 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.

A maneira mais óbvia de medir vazão em um tubo é o método direto – medir

simplesmente a quantidade de fluido que se acumula em um recipiente duranteum período fixo de tempo! Tanques podem ser utilizados para determinar a

vazão de líquidos em escoamentos permanentes, pela medição do volume ou

da massa coletada durante um intervalo de tempo conhecido. Se o intervalo for

longo o suficiente para ser medido com incerteza pequena, as vazões poderão

ser determinadas também com boa precisão.

2.1.2 Medidores por obstrução

• Tipos de medidores

Trata-se de um dos sensores ou dispositivos mais usuais de medida de vazão,

e os diversos modelos e tipos constituem cerca de 50% dos equipamentos

existentes. Também chamados de elementos deprimogênitos, seu princípio de

medição é baseado na variação da pressão provocada por algum tipo deobstrução, que é então relacionada à vazão, por alguma relação do tipo

.

Os medidores são do tipo placa de orifício, bocal e ainda Venturi.

a) Placa de orifício

Este aparelho é um dos meios mais usados para medição de fluxos devido àssuas vantagens: simplicidade, custo relativamente baixo, ausência de partes



móveis, pouca manutenção, aplicação para muitos tipos de fluido,

instrumentação externa, entre outros. Suas desvantagens são: provoca

considerável perda de carga no fluxo, a faixa de medição é restrita, desgaste

da placa, entre outros.

FIGURA I – Esquema da placa de orifício

A placa com orifício de diâmetro D provoca uma redução da seção do fluxo e é

montada entre dois anéis que contêm furos para tomada de pressão em cada

lado. A medição da diferença de pressão p1 − p2 pode ser feita por um

manômetro U.

FIGURA II – Placas de orifício



2.1.3 Coeficiente de descarga

Orifícios são aberturas ou perfurações por onde escoam os líquidos, mediante

as seguintes características: tem forma geométrica definida, perímetro fechado;

abertura na parede do reservatório, tanque, canal ou encanamento, abertura

abaixo da superfície livre do líquido, recipiente constantemente alimentado, de

modo que o nível de água permaneça constante. Tais fatores fazem com que a

determinação rigorosa do coeficiente de descarga seja trabalhosa, pois

depende da área do orifício, forma, carga sobre o centro do orifício, condições

da borda, localizações do orifício, condições da veia à jusante, do jato livre e

viscosidade.

Este coeficiente pode ser expresso como:

A vazão ideal pode ser deduzida a partir da aplicação da equação da energia

entre dois pontos (coincidente com a equação de Bernoulli para o fluxo

potencial), considerando que não perdas de energia no tramo analisado.

O coeficiente de descarga também pode ser escrito em termos do coeficiente

de velocidade e do coeficiente de contração: Cd x Cc. O coeficiente de

descarga não é constante. Para um dado dispositivo, ele varia com o numero

de Reynolds.

O coeficiente de descarga é a relação da descarga real através do dispositivo

para a descarga ideal. Seu valor varia entre 0-1 já que o coeficiente entre as

descargas reais e ideais, não pode ultrapassar a igualdade, ou seja, não podeser maior que 100%. O valor da descarga real encontrada, não pode nunca ser

maior do que o valor idealizado para a mesma. Caso contrário, existira

possibilidade de um rendimento maior do que 100%, o que é impossível.

2.1.3.1 Cálculo do coeficiente de descarga

Através da equação de Bernoulli chega-se equação abaixo que fornece avelocidade real do escoamento.



Vr = Cd.

Como V = Q / A, tem-se a vazão real:

Q = Cd.A.

Durante o enchimento de um reservatório, a altura h deste varia com o tempo.

Num pequeno intervalo de tempo dt, a vazão que passa pelo orifício será:

(dh / dt).A = Cd.A0.

Integrando e rearrumando a equação:

= + t

Pode-se construir o gráfico de uma reta a partir dessa equação e obter o valor

de Cd através do coeficiente angular da reta.



3 EQUIPAMENTOS E MATERIAIS

- Reservatório com água no qual pode-se acoplar no fundo, qualquer um dos

orifícios de descarga de comprimento e diâmetros diferentes;

- Recipiente coletor de água;

- Instrumento de medida do volume (ou massa) de água;

- Cronômetro.



4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

- Encher o reservatório, já com um dos orifícios de descarga acoplado, com

água até a marca indicada pelo professor;

- Abrir o registro e, simultaneamente, acionar o cronômetro, anotando o tempo

gasto na vazão a cada 10 cm;



5 DADOS EXPERIMENTAIS

5.1 COEFICIENTE DE DESCARGA PARA PLACA DE ORIFÍCIO DE 25,4 cm

Diâmetros:Placa de orifício: do=25,4 cmTanque: dT=95,5 cm

Tabela 1 – Volume, vazão e coeficiente de descarga utilizando a placa deorifício de 25,4 cm.

Tempo (s) Altura (cm)73 10147 20223 30

302 40390 50502 60

6 RESULTADOS E DISCUSSÕES



De acordo com os dados obtidos calculou-se o coeficiente de descarga, Cd,

seguindo as instruções:

Nomenclatura:

Ao = área do orifício

A = área do tanque (seção circular)

Q = vazão volumétrica instantânea

Cd = coeficiente de descarga

do = diâmetro da placa de orifício

dT = diâmetro do tanque

h = altura do tanque

t = tempo

6.1 Cálculo para o Cd experimental

Tem-se que:

2ghAC=Q od(01)

Tabela 2 – Volume, vazão e coeficiente de carga experimental utilizando a

placa de orifício de 25,4 cm.

V (cm3) Q (cm3/s) Cd(exp)

71.630,3 981,2 0,138143.250,5 974,6 0,097214.890,8 963,6 0,078286.521,1 948,7 0,067358.151,4 918,3 0,058

429.781,7 856,1 0,049



Média do coeficiente de descarga:

Cd = 0,08

6.2 Cálculo para o Cd ideal



O balanço de massa, considerando a densidade constante, num intervalo detempo dt:

Adh-=dtQ (02)

-Adhdt2ghAC od = (03)

Resultando que:

t2A

2gAC-h=h

od

0

(04)

Onde ho refere-se à altura do líquido no tanque no instante inicial.

A equação obtida mostra uma variação linear de h com o tempo t.

O coeficiente angular dessa reta permite calcular o coeficiente de descarga.

Equação da reta: Y = a - bt, onde b é coeficiente angular da reta do gráfico,

sendo:

2A

2gAC= b

od 2gA

2A b=

0

dC

(05) (06)

De acordo com o gráfico, é possível obter o coeficiente angular (b), que atravésdele calcula-se a perda de carga ideal (Cd).

Gráfico 1: reta da placa de orifício



Sendo:

y = a – bt,

y = 1, 1753x + 0,1922 (equação da reta do gráfico)

Então,

b = 1, 1753

De acordo com a equação (06) foi possível calcular o valor do Cd ideal:

2gA

2A b=

0

dC

9,8.22026,829

7163,03.2 .1,1753=dC

Cd = 1, 8764

6.3 Cálculo da relação entre o coeficiente de descarga experimental e ideal



ideal adesc

adescC

d arg

exparg=

8764,1

08,0

arg

exparg==

ideal adesc

adescC

d

Cd = 0,04

7 CONCLUSÃO



Portanto, o coeficiente obtido experimentalmente com a placa se mostrou muito

diferente do valor encontrado na literatura. O resultado de 0,04 do coeficiente

entre as descargas experimentais e ideais estão entre o valor que varia entre 0

- 1, mas esse resultado é ainda muito baixo.

E também podem ter erros na imprecisão da leitura da altura da coluna d’água

abaixo do nível zero e terem ocorrido erros no momento do disparo e

paralisação do cronômetro.

Conclui-se que este relatório utilizado com a placa de orifício de 25,4 cm não

se encontrava em perfeitas condições para o experimento.



8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

PERRY, R. H. MANUAL DE ENGENHARIA QUÍMICA, 5 ed, Editora

Guanabara Dois, 1980.

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