Os objetivos deste trabalho foram o estudo de escoamentos críticos de gases em orifícios e tubos capilares de dimensão reduzida e a comprovação da possibilidade de utilização do fenômeno de blocagem para fins de medição e controle de baixas vazões de gás. Foram realizadas investigações experimentais utilizando-se um conjunto de 29 microorifícios de seção transversal circular construídos em rubi, cerâmica verde e aço inoxidável, com diâmetros variando na faixa de 16 a 427 'micrômetros', e comprimentos de 254 'micrômetros' a 68 mm, com relações de comprimento pelo diâmetro na faixa de 0,60 a 160. O trabalho experimental foi desenvolvido utilizando-se ar, argônio, C'O IND.2' e hélio como gases de teste, e os microdispositivos foram submetidos a regimes de operação pressurizada, e sob vácuo, ao longo de relações de 'pressões nos reservatórios de descarga e de suprimento' até da ordem de 0,1. Os resultados obtidos indicaram que regimes críticos de escoamento são estabelecidos mesmo em elementos de restrição de pequena dimensão, existindo porém uma diferença significativa entre os comportamentos verificados para uma operação sob vácuo e outra sob pressão. A blocagem do escoamento em uma operação sob vácuo é estável e ocorre mesmo em baixos números de Reynolds, da ordem de 40. Entretanto, a blocagem de um escoamento sob uma operação pressurizada é variável, e depende da relação de 'pressões nos reservatórios dedescarga e desuprimento' do fator de compressibilidade do gás utilizado, do fator de atrito e das dimensões do orifício. Em um regime de operação pressurizada, foi possível verificar que quanto menor o diâmetro do orifício, menos estável é o processo deblocagem do escoamento. ) Com a finalidade de auxiliar na análise dos fenômenos observados, foi feito uso de um modelo teórico baseado em um escoamento isoentrópico-Fanno, e também foram realizadas simulações numéricas do escoamento, que permitiram verificar que o desenvolvimento do perfil de velocidades é nitidamente diferente nestes dois regimes críticos estudados.

The goals of this thesis were to study critical flow regimes in orifices and capillaries of reduced dimensions, and to determine the possibility of application of choked flows for the measurement and control of very low gas flowrates. Experiments were carried out on a set of 29 microorifices with circular cross sections manufactured out of ruby, green ceramics and stainless steel capillaries. The diameter of the orifices ranged from 16 to 427 µm, and the length from 254 from 254 µm to 68 mm, resulting in a number of length to diameter ratios ranging from 0,60 through 160. The microorifices were submitted to tests using different gases: air, argon, helium and carbon dioxide. The back to total pressure ratio Pb/Po varied from unity tom about 0,1, both under pressure and vacuum operations. The results show that critical flow is established in flow restriction elements of small dimensions, however its behavior is quite different for the operation under pressure when compared to an operation under vacuum. The choking, when operating under vacuum, is stable and occurs even in flows with very small Reynolds number (of the order of 40). However, when operated under pressure, the choking condition varies with back to toal pressure ratio Pb/Po, gas compressibility factor, friction coefficient and orifice dimensions. Under a pressurized operation, it was possible to determine that the smaller the diameter, less stable is the choking. The analysis of the experimental results were carried out with aid of an isoentropic Fanno model of the flow. Numerical simulations, based on the Navier-Stokes equations were solved, and showed that the velocity profiles development are indeed different in operation under pressure from operation under vacuum.