Download - 5º Relatório Hidráulica - parte 2
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1 INTRODUÇÃO
O tubo de venturi ou venturímetro ,como o próprio nome indica, foi inventado
no século XVIII pelo cientista G. B. Venturi (1746 – 1822). Este tubo consiste num
dispositivo para medir a velocidade de escoamento de um fluido através de um tubo.
É formado por duas secções adelgaçadas de um tubo ligadas por uma garganta
estreita. A velocidade do fluido na garganta aumenta e, em consequência, a pressão
diminui. Ligando um manômetro às três secções do tubo pode ser medida a
diminuição de pressão, e pode ser calculada a velocidade do fluxo através da
garganta.
O tubo de Venturi é ainda utilizado para misturar uma pulverização fina de
um líquido num gás, como acontece no carburador de um motor a combustão. A
gasolina da câmara de flutuação é pulverizada em finas gotas quando é aspirada na
forma de um jacto, devido à baixa pressão na garganta do tubo de Venturi por onde
tem de passar antes de ser misturada com o ar.
Os medidores de Venturi são em geral fundidos e usinados com tolerâncias
muito pequenas de modo a reproduzir o desempenho de projeto. Como resultados,
os medidores de venturi são pesados, volumosos e caros. A secção difusor cônico a
jusante da garganta da excelente recuperação de pressão; por conseguinte, a perda
de carga total é baixa. Os medidores de Venturi são também auto-limpantes devido
a sua superfície interna lisa.
A perda de carga irrecuperável através de um elemento pode ser expressa
com a função diferencial P, através do elemento.
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2 OBJETIVOS
O objetivo desse experimento é encontrar o coeficiente de calibração do
dispositivo de Venturi do Laboratório. Teremos uma vazão real, que será medida em
função da diferença de volume e sua respectiva diferença de tempo e uma vazão
teórica vinda de um equacionamento que veremos logo a seguir.
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3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Um medidor de vazão fornece a quantidade de volume de líquido que
atravessa a sua seção. Dentre os principais estão os do tipo diafragma, bocal e
Venturi.
O tubo do tipo diafragma (Figura 1) mede a diferença de pressão do liquido
devido a passagem por uma seção menor no interior do tubo. As linhas de corrente
se afunilam gerando zonas mortas antes da passagem e zonas convergentes após.
Esse fenômeno está mais bem representado na figura 3.
Para o tubo de Venturi (Figura 2), a diferença de pressão medida se dá pelo
afunilamento da região por onde passa o líquido. Ele se distingue do anterior, pois
não gera zonas mortas ou convergentes. Devido ao seu formato cônico as linhas de
corrente acompanham a parede (ver Figura 4).
Figura 1: Medidor de vazão do tipo diafragma. Figura 2 : Medidor de Vazão do tipo Venturi
A vazão em um tubo é definido como sendo a velocidade média do fluido
multiplicada pela área que ele atravessa, ou seja:
Q = Vmed..A
Para a vazão no interior do medidor do tipo diafragma:
QT = A0.V0 = A0.√[2.g.ΔH(γm - γa) / γm]
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sendo, A0 e V0, respectivamente, a área e a velocidade média na menor seção, g a
aceleração gravitacional e ΔH a diferença entre a altura da coluna do manômetro
associado a ele.
Para a vazão no interior do tubo de Venturi:
QT = A0.V0 = A0.√[2.g.ΔH(γm - γa) / γm.(1 – m²)]
sendo, m o quadrado do menor diâmetro pelo maior do tubo:
m = D0²/D1²
Figura 3 – Esquema ilustrativo de um medidor de vazão do tipo diafragma.
Figura 4 – Esquema ilustrativo d um medidor de vazão do tipo Venturi
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4 METODOLOGIA
4.1 Materiais Utilizados
- Tubulação
- Tubo de Venturi
- Reservatório
- Mangueiras
- Manômetro em “U”
4.2 Procedimento
1º) Abertura da tubulação de entrada;2º)Instalar o manômetro de mercúrio no tubo de pitot.3º)Fazer a sangria no manômetro de mercúrio.4º)Fazer a leitura do H para as três medições realizadas;
5 RESULTADOS OBTIDOS
DADOS:
Medição 1 H = 765 – 720 cm.Hg / H = 45 cm.Hg; Medição 2 H = 760 – 720 cm.Hg / H = 40 cm.Hg; Medição 3 H= 765 – 715 cm.Hg / H = 50 cm.Hg.
Os resultados medidos em laboratório estão representados na tabela 1 para
uma temperatura da água de 21,6 °C:
Fórmula: P = g. H.(m - w) m = 13,6 g/cm3 x (10-3 /106) 13,6 x 10-3 x 106 m = 13.600 kg/m3
w = 1,0 g/cm3 x (10-3 /106) 1,0 x 10-3 x 106 w = 1.000 kg/m3
MEDIÇÃO 1
P = g. H.(m - w) P = 0,045 x 9,81x (13.600 – 1.000) P = 5562,27 N/m2 P =5562,27 N/m2
Cálculo K prático
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Q1’’=K x A0x2xP/w1,29 x 103 =K x 1,28 x 10-4 x ((2 x 5562,27)/1000) K= 3,02
K = 3,02
Cálculo K Teórico K=A1/(A12 – A02 ) K = 5,06x10-4 / (( 5,06x10-4 ) 2 - (2,28 x 10-4 ) 2) = 1,12 K =1,12
Cálculo da Velocidade
V = ( 2 x P / w ) V = ( 2 x 0,045 x 9,81 x ( 13.600 – 1000 ) / 1000 ) = 3,33 m2/s V =3,33 m2/s
Cálculo da Vazão Q = V x A Q = 3,33 x 5,06 x10-4 = 1,68x10-3 m3/s Q = 1,68x10-3 m3/s
MEDIÇÃO 2
P = g. H. (m - w) P = 0,040 x 9,81x (13.600 – 1.000) P = 4944,24 N/m2 P = 4944,24 KN/m2
Cálculo K prático
Q1/2 “=K x A0 x 2 x P/w1,46 x 103 =K x 5,7x10-5 x ((2 x 4944,24)/1000) K= 8,15
K = 8,15
Cálculo K Teórico
K=A1/(A12 – A02) K = 1,27 x 10-4 / ((1,27 x 10-4 )2 - (5,71 x10-4)2=
Cálculo da Velocidade
V = (2 x P / w ) V = (( 2 x 0,040 x 9,81 x ( 13.600 – 1000 ) / 1000) = 3,14m2/s V= 3,14 m2/s
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Cálculo da Vazão
Q = V x A Q = 3,14 x 1,27 x 10-4 = 3,98x10-4 m3/s Q = 3,98 x 10-4 m3/s
MEDIÇÃO 3
P = g. H.(m - w) P = 0,050 x 9,81x (13.600 – 1.000) P = 6180,3 N/m2 P = 6180,3 KN/m2
Cálculo K pratico
Q¾ ’’.=K xA0x2xP/w1,15 x 103 =K x 1,28 x 10-4 x ((2 x 6180,3)/1000) K= 2,6
K = 2,6
Cálculo K Teórico
K=A1/(A12 – A02 ) K =2,85 x 10-4 /(( 2,85 x 10-4 ) 2 - (1,28 x10-4 ) 2) = 1,12 K =1,12
Cálculo da velocidade
V = ( 2 x P / w ) V = ((2 x 0,050 x 9,81 x ( 13.600 – 1000 ) / 1000 ) = 3,51 m2/s
V= 3, 51 m2/s
Cálculo da Vazão
Q = V x A Q = 3,51 x 2,85x 10-4 = 1,00035 x 10-3 m3/s Q = 1,00035 x 10-3 m3/s
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6 CONCLUSÃO
O Tubo de Venturi é um medidor de Vazão com qual podemos verificar
mudanças de velocidade e pressão dentro do Tubo. Um aumento de energia
Cinética no fluido é compensado pela perda de Pressão, isto sendo explicado pela
conservação de energia.
O coeficiente de descarga que é um ajuste entre os dados teóricos e os
dados coletados devido a perda de carga, pode variar dependendo do material que
o tubo foi construído( Ferro Fundido , Solda interna, Rugosidade Interna) e pelo
qual percorre o fluido ou o ar.
Em comparação com outro medidor de Vazão como Placa de Orifício tem um
custo maior, porém causa uma perda de energia menor e é mais preciso.
Recomendada para escoamento elevado.
A utilização do Tubo de Venturi é amplamente empregada na Indústria e na
Medicina como exemplo : Sistema Circulatório , Extintores, Carburadores etc...
7 BIBLIOGRAFIA
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FOX, Robert W.; Mc DONALD, Alan T. Introdução à Mecânica do Fluídos 5ª Edição. LTC Editora.
POTTER, M. C.; WIGGERT, D. C. “Mecânica dos fluidos”, Editora Thompson. 3ª edição, São Paulo, 2003.