Vazão de orifício

Um orifício de aresta viva é uma abertura em placa fina usada para medir ou drenar líquido sob uma carga de superfície livre conhecida. A equação clássica de vazão por orifício dá a vazão volumétrica Q como o coeficiente de descarga Cd vezes a área geométrica A vezes a raiz do dobro da gravidade vezes a carga. Esta calculadora aceita essas três grandezas e uma gravidade opcional, e devolve a velocidade ideal do jato, a vazão teórica A·√(2gh) e a vazão real ajustada com Cd, em unidades coerentes de volume por tempo. Engenheiros de planta dimensionam drenos de tanque, orifícios de calibração e alívios de emergência antes de fixar a espessura da placa ou o esquema de tubulação. Alunos conferem lições com a mesma identidade dos laboratórios de mecânica dos fluidos.

A equação de vazão por orifício e o que o Cd realmente agrupa

A vazão através de um orifício de aresta viva não é o mesmo problema que achar quão rápido o jato deixa o furo. O teorema de Torricelli ainda fornece a velocidade ideal v igual à raiz de dois g h, a velocidade que uma gota em queda livre atingiria após cair a distância h. A vazão volumétrica, porém, é essa velocidade multiplicada pela área que o jato de fato ocupa, não pelo furo usinado.

Imediatamente a jusante de uma placa afiada as linhas de corrente não conseguem virar a quina, então o jato se contrai até uma vena contracta menor que a abertura geométrica. O coeficiente de contração Cc é a razão entre a área da vena contracta e A; o coeficiente de velocidade Cv cobre perdas viscosas e de entrada que reduzem um pouco a rapidez abaixo de √(2gh).

O produto é o coeficiente de descarga Cd igual a Cc vezes Cv, em geral perto de 0.61 para um orifício circular fino de aresta viva que descarrega na atmosfera a partir de um tanque grande. A fórmula de trabalho é portanto Q igual a Cd A √(2gh).

Esta calculadora devolve a vazão teórica Qt igual a A √(2gh) (o ideal com Cd igual a um) e a vazão real Q igual a Cd vezes esse valor, mais a velocidade ideal, para que você veja quanto o coeficiente reduz a vazão sem uma segunda ferramenta. A carga h mede-se na vertical da superfície livre até o eixo do orifício. A gravidade deve combinar com a unidade de comprimento de h: use cerca de 9.80665 m/s² quando h estiver em metros, ou 32.174 ft/s² quando h estiver em pés.

Carga zero produz vazão zero, como deve ser. Carga negativa é rejeitada porque não descreve uma superfície livre acima da abertura. O modelo assume líquido incompressível, superfície livre aberta à mesma pressão ambiente do jato e velocidade de aproximação desprezível em tanque grande; não integra o esvaziamento do tanque no tempo, não modela orifícios de gás compressível nem substitui um fator de medidor calibrado no seu próprio laboratório.

Quando vale calcular a vazão por um orifício

Engenheiros de processo e de água estimam quanto líquido sai por um orifício de fundo de tanque, uma placa lateral ou um furo de calibração antes de definir diâmetro de tubo, tempo de dreno ou um caminho de alívio. Cursos universitários de mecânica dos fluidos e geradores de provas precisam de um oráculo determinístico de Q igual a Cd A √(2gh) que também devolva a velocidade ideal e a vazão teórica sem Cd, sem os alunos reimplementarem casos-limite de ponto flutuante com carga zero.

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