FACULDADE SALESIANA MARIA AUXILIADORA
ENGENHARIA QUÍMICA
CAMILA FERREIRA GALHANO
ÉVELLIN LIMA
MARIANA SOUZA DA CONCEIÇÃO
RAYSA DE ALMEIDA SODRÉ
MEDIDORES DE VAZÃO POR OBSTRUÇÃO – PLACA DE ORIFÍCIO
MACAÉ - RJ
2019
20
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Vazão e Placa de orificio - Manômetro, Esquemas de Química Aplicada
Laboratório de Engenharia Química I
Tipologia: Esquemas
2019
1 / 22
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FACULDADE SALESIANA MARIA AUXILIADORA
ENGENHARIA QUÍMICA
CAMILA FERREIRA GALHANO
ÉVELLIN LIMA
MARIANA SOUZA DA CONCEIÇÃO
RAYSA DE ALMEIDA SODRÉ
MEDIDORES DE VAZÃO POR OBSTRUÇÃO – PLACA DE ORIFÍCIO
MACAÉ - RJ
ÉVELLIN LIMA
MARIANA SOUZA DA CONCEIÇÃO
RAYSA DE ALMEIDA SODRÉ
MEDIDORES DE VAZÃO POR OBSTRUÇÃO – PLACA DE ORIFÍCIO
Trabalho apresentado em cumprimento às exigências da Disciplina Laboratório de Engenharia Química II, ministrada pela professora Priscila Barros, no Curso de Engenharia Química da Faculdade Salesiana Maria Auxiliadora.
MACAÉ- RJ
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 –...............................................................................................................
FIGURA 2 – ..............................................................................................................
FIGURA 3 – ..............................................................................................................
FIGURA 4 – ..............................................................................................................
FIGURA 5 – ...........................................................................................................
LISTA DE EQUAÇÕES
EQUAÇÃO 1 ...............................................................................................................
TABELA 2 –.....................................................................
TABELA 3 –......................................................
TABELA 4 –....................................................................................
TABELA 5 –.....................................................
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................
2. OBJETIVOS DA PRÁTICA ...................................................................................
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ..............................................................................
4. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS ................................................................
4.1. MATERIAIS ....................................................................................................
4.2. METODOLOGIA .............................................................................................
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ..........................................................................
6. CONCLUSÃO .......................................................................................................
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................
- (^) Determinar os valores do coeficiente de descarga experimental e teórico e comparar os valores.
- Construir a curva do coeficiente de descarga em função do número de Reynolds e comparar com a literatura.
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 Medidores de Vazão por Obstrução
Alguns tipos de medidores são aplicados para medir escoamentos de fluidos em tubulações, os medidores de vazão por obstrução são considerados ótimos para tal função. Entre os medidores de vazão por obstrução de área estão os medidores Venturi, a placa de orifício e o bocal. Uma abordagem mais detalhada dos fenômenos do escoamento que ocorrem nestes medidores pode ser encontrada em algumas literaturas.
Os dispositivos de vazão são obtidos medindo-se a diferença de pressão do escoamento do fluido entre seções convenientes do escoamento. Isto é, a diferença de pressão duas seções do escoamento no medidor são proporcionais à vazão que escoa por ele. A diferença de pressão é produzida por efeitos inerciais - a aceleração do escoamento devido à obstrução do escoamento (por exemplo, a redução de área da garganta do Venturi) - e viscosos, isto é, a perda de carga.
Figura SEQ Figura * ARABIC 1- Medidores de vazão por diferencial de pressão: orifício (a), bocal (b), Venturi (c). Fonte: (IBARS, 2004).
3.1.1 Equação Geral dos Medidores de Vazão por Obstrução de Área
Assumindo que o escoamento no medidor por obstrução de área é unidimensional e não viscoso, podemos aplicar a equação de Bernoulli entre as seções 1 e 2. Nestas seções localizam-se as tomadas de pressão estática do escoamento. Combinando a Equação de Bernoulli com a Equação de Conservação da Massa, obtemos a Equação 3 destes medidores para o escoamento idealizado incompressível: Balanço de massa:
Equação de Bernoulli (Z 1 = Z 2 ):
Combinando as equações 1 e 2, e isolando a velocidade v2, temos:
Figura 1 – Materiais
Fonte: Elaboração Própria
2.****. METODOLOGIA
Primeiramente acoplou-se a placa de orifício em um dispositivo de fixação e, com o auxílio de o’rings, vedou-se a junção (Figura 2). Depois, com auxílio da bomba, ligou-se a linha de água do sistema demostrado na Figura 3. Variou-se a vazão entre os pontos (1 m³/h; 1,0 m³/h; 1,5 m³/h; 1,7 m³/h; 2,0 m³/h; 2,2 m³/h; 2, m³/h; 2,7 m³/h e 3,0 m³/h.), utilizou-se o rotâmetro para identificação de cada ponto e mediu-se a queda de pressão correspondente através dos manômetros nos pontos P1 e P2, conforme Figura 4.
Figura SEQ Figura * ARABIC 2- Dispositivo de fixação.
Fonte: Autoria própria Figura SEQ Figura * ARABIC 3- Sistema completo.
Fonte: Autoria própria
Figura SEQ Figura * ARABIC 4- Manômetros.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os valores encontrados do diâmetro do tubo horizontal (D) e do diâmetro do orifício (d) da placa de orifício foram:
D= 26 mm= 0,026 m
d= 10 mm= 0,010 m Os dados experimentais obtidos da pressão no local antes da constrição (ponto 1) e o local onde a constrição ocorre (ponto 2) em diferentes vazões (medidas pelo rotâmetro) são mostrados na Tabela 1 abaixo: Tabela 1 - Pressão nos pontos 1 e 2 em diferentes vazões. Medição Vazão do rotâmetro (Q (^) rot) [m 3 /h]
Pressão no ponto 1 (P 1 ) [PSI]
Pressão no ponto 2 (P 2 ) [PSI] 1 1,0 28 26 2 1,2 26 25 3 1,5 26 23 4 1,7 26 20 5 2,0 25 16 6 2,2 25 15 7 2,5 24 11 8
9
Fonte: Elaboração Própria A partir dos valores da Tabela 1 foi calculado a diferença de pressão (ΔP) pela subtração da pressão do ponto 1 pelo 2. Para a primeira medição, tem-se:
A Tabela 2 apresenta os resultados encontrados do ΔP e a conversão da unidade de pressão de Psi para Pascal (Pa) para todas as medições e também a vazão na unidade do Sistema Internacional (m 3 /s). 1 psi = 6894,76 Pa.
Tabela 2 - Diferença de pressão em diferentes medições. Medição Vazão do rotâmetro (Qrot ) [m^3 /s]
Diferença de Pressão (ΔP) [PSI]
Diferença de Pressão (ΔP) [Pa] 1 0,00028 2 13789, 2 0,00033 1 6894, 3 0,00042 3 20684, 4 0,00047 6 41368, 5 0,00056 9 62052, 6 0,00061 10 68947, 7 0,00069 13 89631, 8 9
Fonte: Elaboração Própria A relação entre o diâmetro do orifício e o diâmetro do tubo () é calculado através da Equação 4:
A velocidade no ponto 2 (v 2 ) é obtida a partir da equação 3. Utilizando a
densidade do fluido (água) como 997 kg/m 3 , o valor de encontrado anteriormente e os valores da Tabela 2, para a primeira medição tem-se:
A Tabela 3 amostra os valores encontrados da velocidade (v 2 ) para todas as medições: Tabela 3 - Velocidade no ponto 2 em diferentes medições. Medição Velocidade (v 2 ) [m/s] 1 5, 2 3, 3 6, 4 9,
O coeficiente de descarga (C (^) d), cujo valor (menor que 1) pode ser determinado experimentalmente, depende de β e do número de Reynolds (Re). Utilizando os valores do Q (^) real e Qideal foi possível construir a curva da relação entre eles. O coeficiente de descarga é o coeficiente angular do gráfico.
Figura - Relação entre as vazões teórica e experimental.
A vazão do medidor por obstrução considerando as perdas pode ser determinado pela Equação 6. Utilizando o valor do Qideal encontrado, obtém-se o
coeficiente de descarga experimental:
Os valores obtidos pelo grupo para a pressão antes da constrição (P 1 ), para a pressão no local onde ocorre a constrição (P 2 ) e a vazão do fluido medida no rotâmetro (Q (^) Real) estão apresentados na tabela 1 abaixo: Tabela 1 – Diferencial de Pressão em função da vazão selecionada Q (^) Real [m^3 /h] P 1 [psi] P 2 [psi] 1,0 28 26 1,2 26 25 1,5 26 23 1,7 26 20 2,0 25 16 2,2 25 15 2,5 24 11 2,7 24 6 3,0 23 0 Fonte: Elaboração própria
Utilizando os dados da tabela 1 e a equação 5 será possível calcular a vazão teórica (Q) para cada vazão experimental (Q (^) Real). Ressalta-se que para o cálculo foi adotado o fluido água à 20 ºC, correspondente à massa específica.