relatório - manometria e vazão

7/24/2019 Relatrio - Manometria e Vazo

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Engenharia Eltrica

Antnio Carlos Piazentin dos Santos Jnior RA-1081608

Marcio Michail Mendes RA-108!"#$

Marcelo %origon RA-10&10"'

(ernando Marcelo (erreira RA-106&8&$

Ja)ir Pierre de Soza RA-1068'8'

Jlio *io+ani ,iana RA-108!#86

Medi.o de ,az.o e Mano)etria

Relatrio da aula pratica Sob a

Orientao do Prof. Andres

Jos Cocato Steluti

Maring/ otro "01'


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Antnio Carlos Piazentin dos Santos Jnior

Marcio Michail Mendes

Marcelo %origon

(ernando Marcelo (erreira

Ja)ir Pierre de Soza

Jlio *io+ani ,iana

Medi.o de ,az.o e Mano)etria

Trabalho da aula pratica apresentado ni!ersidade de beraba" co#o" partedas e$i%&ncias da disciplina de'en(#enos 'isicos e )ui#icos e suasAplica*es + da Tur#a ,-" do / se#estre

do curso de 0A1 de 0n%enharia 0ltrica.

ProfessorAndres Jos Cocato Steluti

MAR23*4 5 PR"01'


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Medio de vazo e manometria

1. IntroduoO presente trabalho tem o intuito de relatar sobre dois experimentos realizados em aula prticada disciplina de Fenmenos Fsicos e Qumicos e suas Aplicaes V o primeiro experimentorefere!se " manometria e o se#undo sobre medi$o de %az$o e para um melhor entendimentosobre o assunto & essencial abordar al#umas noes te'ricas( )m experimento &complemento do outro(

A press$o & uma fora normal exercida por um fludo por unidade de rea *+istafa ,-l%io

.e-naldo /0102(A press$o & uma #randeza escalar 3ue pode ser medida em rela$o a 3ual3uer refer4nciaarbitrria( 5uas refer4ncias s$o adotadas na medida de press$o6 o %cuo absoluto e a press$oatmosf&rica local( A press$o real em determinada posi$o & chamada press$o absoluta e &medida com rela$o ao %cuo absoluto *ou se7a a press$o absoluta zero2( A maioria dosdispositi%os de medi$o de press$o & calibrada para ler o zero na atmosfera e assim ela indicaa diferena entre a press$o absoluta e a press$o atmosf&rica( 8ssa diferena & chamada de

press$o manom&trica e s$o medidas por instrumentos denominados manmetros( 9s pressesabaixo da press$o atmosf&rica s$o chamadas de press$o de %cuo e s$o medidas pelosmedidores de %cuo como o %acumetro 3ue indicam a diferena entre a press$o atmosf&ricae a press$o absoluta( As presses absolutas manom&trica ou de %cuo s$o todas absolutas

*:en#el ;unus A( /00


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Os medidores de Venturi s$o os medidores de %az$o mais precisos desse #rupo( ,ua contra$oe expans$o #radual e%ita a separa$o do escoamento e a turbul4ncia e ele n$o sofre perdas poratrito nas superfcies da parede interna( Os medidores de Venturi causam perdas muito baixasde press$o e portanto de%em ser escolhidos para aplicaes 3ue n$o permitam #randes perdasde press$o( > o medidor de orifcio tem o pro7eto mais simples e ocupa espao mnimo uma%ez 3ue consiste em uma placa com o orifcio no meio mas existem %ariaes consider%eis

de pro7eto( A %aria$o repentina na rea de escoamento nos medidores de orifcio causa umredemoinho consider%el e portanto perda de car#a si#nificati%a ou perda de press$opermanente(

)ma das aplicaes da 83ua$o de +ernoulli foi o desen%ol%imento de um medidor de %az$ochamado de tubo de Venturi( 8sse nome & de%ido ao seu in%entor ?io%anni +atista Venturi(A e3ua$o de +ernoulli & a se#uinte6P@#-@1B/ %C/Dconstante( O tubo de Venturi permite determinar o m'dulo da %elocidade deescoamento de um l3uido no interior de uma tubula$o( 8ste dispositi%o & constitudo por umtubo em ) com um fluido com Ef conhecida *tubo manom&trico2 com um dos ramos li#adoa um se#mento da tubula$o *12 e o outro ramo li#ado a um se#mento com um

estran#ulamento */2(O princpio do ubo de Pitot & medir a %elocidade de fluidos( Gom essa diferena de press$oentre os orifcios se pode calcular a %elocidade do a%i$o atra%&s da dedu$o da e3ua$o de+ernoulli.

Quanto ao escoamento do fludo pode ser definido como6 escoamento laminar 3ue & a3ueleem 3ue as partculas se deslocam em lHminas indi%iduais sem troca de massa entre elasIturbulento onde as partculas apresentam um mo%imento aleat'rio macrosc'pico isto & a%elocidade apresenta componentes trans%ersais ao mo%imento #eral do fludo ou mesmo detransi$o e 3uem define a classifica$o do fludo & o n=mero de .e-nolds *+runneti Franco

/00J2(K=mero de .e-nolds & um n=mero adimensional usado em mecHnica dos fludos para oclculo do re#ime de escoamento de determinado fludo sobre uma superfcie *Lallida-/00/2(


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Experimento II - Manometria2. Objetivo.ealizar a medi$o de press$o usando diferentes instrumentos *manmetros2 em diferentesescalas e utilizando os di%ersos conceitos de esttica dos fludos(

3. Desenvolvimento e!ri"o e M#todos

A esttica dos fludos analisa o comportamento dos fludos 3uando est$o em repouso ou numtipo de mo%imento 3ue n$o obri#a as partculas de fludo ad7acentes a apresentar mo%imentorelati%o( As tenses de cisalhamento nas superfcies das partculas do fludo s$o nulas e as=nicas foras 3ue atuam s$o as pro%ocadas pela press$o( A press$o & aplicada

perpendicularmente e contra cada ponto da superfcie( A esttica se aplica na manometriacomo em outros casos e est fundamentada em duas leis bsicas chamadas de Mei de Pascal eMei de ,te%in(

A Mei de Pascal de prensa hidrulica & %lida apenas para l3uidos incompreens%eis comdensidade constante durante o aumento ou diminui$o da press$o( A press$o aplicada "superfcie de um fludo em repouso & transmitida i#ualmente a todos os pontos do fludocomo podemos %isualizar abaixo6

Fi#ura 1 N .epresenta$o da aplica$o de press$o

A Mei de ,te%in calcula a diferena da press$o existente entre dois pontos de certo fludohomo#4neo 3ue est tanto em e3uilbrio como sob a a$o da #ra%idade( o produto do pesoespecfico do fludo pelo desn%el ou se7a pela diferena existente entre os dois pontosadotados( 8ssa lei tamb&m ser%e para os #ases( Gontudo o #s possui uma densidade pe3uena

portanto a diferena de press$o se tornar %lida somente para as alturas #randes(

Fi#ura / N .epresenta$o da diferena de press$o entre os pontos a e b com um desn%el h

O manmetro & um medidor de %az$o 3ue permite de forma direta ou indireta determinar o%olume de fludo 3ue passa atra%&s de uma se$o de escoamento por unidade de tempo( Podeser encontrado em %rias aplicaes dirias como o hidrmetro de uma resid4ncia emestaes de tratamento o marcador de bomba de combust%el al&m de ser fundamental nos

processos industriais(


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A escolha de um instrumento apropriado depende de fatores como a exatid$o dese7ada namedi$o o tipo de fludo a ser medido *l3uido ou #s su7o ou limpo n=mero de fases dentreoutros2 condies termodinHmicas como n%eis e faixa de press$o e temperatura nos 3uais omedidor de%e atuar espao fsico dispon%el custo etc( Os tipos de medidores podem serclassificados como indiretos 3ue utiliza fenmenos intimamente relacionados a 3uantidade defludo passante como manmetro ) tubo de Venturi tubo de 5ali placa de orifcio e

rotHmetroI diretos de %olume do fludo passante como disco nutante pist$o flutuante rodaso%ais tipo h&lice e tipo turbinaI e medidores especiais como por eletroma#netismo Vortexultrassnico e Goriollis(

As leis da esttica dos fludos associada a um manmetro define 3ue a e3ua$o manom&tricapermite calcular por meio de manmetros a press$o de um reser%at'rio ou a diferena depress$o entre dois reser%at'rios(

Fi#ura N 8s3uema para a manometria

$. %ro"edimento Experimental Materiais e M#todosPara realizarmos o experimento citado procedemos da se#uinte forma6

niciamos a parte experimental li#ando o m'dulo hidrulico e pur#ando o sistema pelo lado do

Venturi( .e#ulamos a fre3u4ncia para 10hz pelo in%ersor de fre3u4ncia *respons%el pela%aria$o da fre3u4ncia do motor e conse3uentemente %aria$o da %az$o na bomba2 realizandoa leitura da press$o marcada no manmetro e no %acumetro *medidor de presses menores3ue a atmosf&rica2( Por&m inutilizamos a leitura com fre3u4ncia de 10hz pois praticamenten$o hou%e marca$o de press$o nos medidores de press$o acarretando um escoamentoinsi#nificante(

Gontinuamos re#ulando a fre3u4ncia do sistema para 1Rhz /0hz e 0hz realizando as mesmasleituras anteriores( Gom os dados recolhidos no experimento con%ertemos as unidadesnecessrias em escalas de press$o re#istrando!as em tabela experimental(

.epetimos todo o procedimento por&m a#ora pur#ando o sistema pelo lado da placa deorifcio realizando a leitura pelo manmetro diferencial de coluna dS#ua(


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&. 'esultadosAbaixo se#ue as tabelas experimentais com os dados da leitura de press$o recolhidosexperimentalmente6

(E)*'I+re,un"ia 1&/z

(a"u0metro Man0metroeitura onverso eitura onverso

0 T#(fBcmU 0 Pa00R T#(fBcmU VW00 Pa

0< psi VJ0WJ Pa

+re,un"ia 2/z(a"u0metro Man0metro

eitura onverso eitura onverso

!00X T#(fBcmU !RJJ0 Pa00J T#(fBcmU


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Experimento III ; Medio de vazo2. Objetivo.ealizar a medi$o da %az$o usando tubo de Venturi e placa de orifcio( Aplicar a e3ua$o de+ernoulli no clculo da %az$o e classificar os escoamentos se#undo o n=mero de .e-nolds(

3. Desenvolvimento e!ri"o e M#todos

A cinemtica dos fludos & a ramifica$o da mecHnica dos fludos 3ue estuda ocomportamento de um fludo em uma condi$o de mo%imento( A %az$o & a rela$o entre o%olume e o tempo(

O escoamento de um fludo pode ser em re#ime permanente onde as propriedades dos fludosn$o %ariam com o tempo num mesmo ponto podem %ariar de ponto para ponto( Ka fi#uraabaixo podemos exemplificar este conceito analisando 3ue a 3uantidade de #ua 3ue entra no

ponto 1 & id4ntica " 3uantidade de #ua 3ue sai pelo ponto / desta forma as propriedades dofludo como %elocidade massa especfica press$o em cada ponto s$o as mesmas em3ual3uer instante( 5e um ponto para outro ponto %ariam a press$o pela lei de ,te%in citadano experimento e a %elocidade(

Fi#ura N .e#ime de escoamento

O escoamento de um fludo tamb&m pode ser em re#ime %ariado onde as propriedades dosfludos %ariam com o tempo num mesmo ponto( )sando o exemplo acima exemplificamoseste conceito analisando 3ue se n$o hou%er fornecimento de #ua no ponto 1 as propriedades

dos fludos %ariar$o continuamente em cada ponto com o tempo(Para definir os tipos de escoamentos precisamos entender a experi4ncia de .e-nolds 3ueconsistiu de um reser%at'rio contendo #ua li#ado com um tubo transparente 3ue possuauma %l%ula de re#ula#em de %elocidade( 5entro do reser%at'rio de #ua foi colocado outro

pe3ueno reser%at'rio contendo corante 3ue permitia a introdu$o de um filete de corante noeixo do tubo transparente como podemos %isualizar na ima#em abaixo6

Fi#ura R N 8xperi4ncia de .e-nolds


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O escoamento laminar & a3uele em 3ue as partculas do escoamento possuem tra7et'ria retasem a#itaes trans%ersais mantendo!se em lHminas( 8 o escoamento turbulento & a3uele em3ue as partculas do escoamento possuem %elocidades trans%ersais(

.e-nolds %erificou 3ue o tipo de escoamento depende de um n=mero adimensional dado peloproduto da %elocidade do fludo pelo diHmetro do tubo di%idido pela %iscosidade cinemticado fludo( ,e o n=mero de .e-nolds for menor 3ue /000 o escoamento & laminar se esti%er

entre /000 e /00 o escoamento & de transi$o e se for maior 3ue /00 o escoamento &turbulento(

,endo o escoamento de um fludo por um tubo com %az$o em massa adotamos a e3ua$o dacontinuidade 3ue relaciona %elocidade e a rea de sec$o por onde o fludo passa(

Fi#ura X N Gonceito da e3ua$o de continuidade

Ko escoamento de um fludo perfeito incompreens%el em re#ime permanente " ener#ia totaldo fludo por unidade de peso permanece constante se#undo a e3ua$o de +ernoulli( Afinalidade & descre%er o comportamento de um fludo 3ue se mo%e ao lon#o de um tubo( Paraum fluxo sem %iscosidade um aumento na %elocidade do fludo ocorre simultaneamente comuma diminui$o na press$o ou uma diminui$o na ener#ia potencial(

$. %ro"edimento Experimental Materiais e M#todosPara realizarmos o experimento citado procedemos da se#uinte forma6

5iante de todos os dados coletados no experimento realizaremos os clculos da %az$o

usando a e3ua$o de +ernoulli conceituada no item N 5esen%ol%imento e'rico e Y&todospela f'rmula6

Q D Zm[Bs\

Galcular tamb&m a v1e v2 classificando o escoamento(

Q Dv xA V D

&. 'esultadosAbaixo se#ue a tabela de resultados com os clculos da %az$o e %elocidade para o Venturi e

para a Placa de Orifcio6

Adotamos manmetro como P1e %acumetro como P/na 83ua$o de +ernoulli

emos como ]1D 00Rm e como ]/D 001


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(E)*'I

+re,u-n"ia 1&/z 2/z 3/z

(azo s? 0000


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odo o sistema possui escoamento turbulento pois se#undo o n=mero de .e-nolds acontece3uando os resultados forem maiores 3ue /00 onde as partculas apresentam mo%imentodesordenado em 3ue a %elocidade acarreta componentes trans%ersais ao mo%imento #eral dofludo(

Podemos %isualizar melhor o comportamento do fludo na fi#ura abaixo6

Fi#ura < N Visualiza$o do comportamento de um fludo nos dois escoamentos

,e#ue abaixo a representa$o #rfica dos resultados encontrados sem o fator de corre$o T6

0,0025

0,002

Venturi

0,0015Placa de Orifcio

0,001

0,0005

0

15 20 30

?rfico 1 N Visualiza$o da rela$o entre a %az$o e a fre3u4ncia sem considerar o fator de corre$o T para osdois medidores de press$o

,e#ue abaixo a representa$o #rfica dos resultados encontrados com o fator de corre$o T6


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.

0,07

0,06

0,05 Venturi

0,04 Placa de Orifcio

Linear (Venturi)

0,03 Linear (Placa de

Orifcio)

0,02

0,01

0

15 20 30

?rfico / N Visualiza$o da rela$o entre a %az$o e a fre3u4ncia considerando o fator de corre$o T para os doismedidores de press$o

Gonforme podemos %isualizar nos #rficos com o aumento da fre3u4ncia acelera!se arota$o da bomba hidrulica bombeando mais #ua para o sistema intensificando a press$o econse3uentemente aumentando a %az$o( A pot4ncia de entrada no sistema foi alta o 3uerefletiu numa maior %az$o na sada( Gomo adotamos somente tr4s pontos na cur%a para umamelhor anlise linear do #rfico seriam necessrios al#uns pontos a mais(

O fator T & um fator de corre$o da turbul4ncia do sistema( Gom a perda da ener#ia cin&tica

ocorre tamb&m a perca de press$o do sistema( Ko primeiro #rfico sem o fator de corre$oadotamos os resultados te'ricos 3ue si#nifica 3ue n$o se considera as perdas de car#as e errosposs%eis no sistema sendo mais linear( > o se#undo #rfico com o fator de corre$o temosresultados considerando tais pontos menos linear(

. on"lusesOs fatores 3ue afetaram a medi$o da press$o foram6 a incapacidade de definir com precis$o aleitura dos manmetros de +ourdon de%ido " %ibra$o do ponteiroI impossibilidade defazermos uma leitura precisa do manmetro de coluna dS#ua %isto 3ue a escala de %aloresdas alturas se encontra%a acima do nosso campo de %is$o na %erticalI leitura imprecisa do

%acumetro e bolhas formadas pelo pr'prio sistema hidrulico ao abrir a tubula$o( 8sseserros na medi$o da press$o tamb&m afetaram a defini$o precisa na %az$o(

A %az$o no Venturi & maior pelo fato de 3ue o escoamento do fludo muda sua dire$o deforma #radati%a isso & a #eometria do tubo de escoamento %ai se afunilando de forma#radual at& atin#ir a #ar#anta do VenturiI 7 a placa de orifcio simplesmente impe uma

barreira ao escoamento de forma abrupta fazendo com 3ue um mesmo %olume de fludo tenha3ue escoar por uma rea menor(

Outro fator & 3ue o Venturi & o medidor de %az$o mais preciso 3ue h isto & sem perdasconsider%eis de ener#ia ou car#a e ele n$o sofre perdas por atrito na parede interna sua%az$o conse3uentemente & maior e mais precisaI en3uanto 3ue a placa de orifcio tem pro7etomais simples e tamb&m menos preciso ha%endo %ariaes na sua forma o 3ue faz com 3ueocorra a diminui$o da %az$o uma %ez 3ue essas %ariaes pro%ocam perca de car#a(


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O escoamento de um fludo portanto est su7eito a percalos durante o processo deescoamento ou se7a a %az$o final nunca ser realmente a3uela 3ue de%eria ser %isto 3ue

poder ha%er perdas de car#a se7a ao passar pelas cur%as da tubula$o se7a de%ido "ru#osidade interna da parede da tubula$o ou at& mesmo pelo atrito entre as mol&culas do

pr'prio fludo( O fator T & um coeficiente de aproxima$o do n=mero de .e-nolds 3ue %isaaproximar!se do %alor da %az$o considerando a exist4ncia e influ4ncia desses fatores de perdade car#a na determina$o da %az$o( Quando se define a %az$o utilizando o fator T o %alorencontrado torna e%idente tais perdas portanto se aproxima do %alor real uma %ez 3ue ae3ua$o de +ernoulli faz o clculo da %az$o considerando como se o sistema fosse perfeito en$o hou%esse perca al#uma de car#a( A e3ua$o da reta com o fator _ le%a em considera$o%ari%eis como a %elocidade e %az$o real dando a ntida diferena entre o #rfico real e ote'rico *sem o fator T2( Pde!se obser%ar 3ue %rias etapas do processo s$o submetidas aerros sistemticos e de opera$o sendo portanto necessria nas medies e nos clculos "mxima aten$o e padroniza$o de cada passo(

F. 'eBern"ias Giblio9rHBi"as4ID4JK D. F)K5AY8KO, 58F,GA( 85( MGVOM( /( .O 58>AK8.O /00/.

GIL4+4K LJ(IO '. Y8GKGA 5O,FM)5O,( KO:8, 8APMGA:8,( +M)GL8. ,OPA)MO ,P /00W(

E)NEK J*)*L 4.K IMG44D4K O) M. Y8GKGA 5O, FM)5O,(F)K5AY8KO, 8APMGA:8,( YG?.AgLMM ,OPA)MO ,P /00


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P.4nexos.

+ombas

Painel de Gontrole das +ombas


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ubo de Venturi

Painel de Gontrole das +ombas e Yedies das #randezas aberto


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,istema Lidrulico

sentes os manmetros e os medidores de %az$o Venturi placa de orifcio %l%ula e transdutor


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relatório - manometria e vazão

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