Relatório Tubo de Venturi - Medidores de Vazão

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA – UFV CAMPUS 
FLORESTAL 
 ANA CRISTINA RIBEIRO DA CRUZ – 1933 
 ARYANE MARTINS CORGOZINHO –1369 
 DÉBORAH DOS SANTOS JACOB – 2420 
 LAURA SOARES MAGALHÃES – 2405 
 LAYLA BARBOSA ALVES –798 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO 6 : MEDIDOR DE VAZÃO –TUBO DE VENTURI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FLORESTAL 
2017 
 
 
ANA CRISTINA RIBEIRO DA CRUZ – 1933 
ARYANE MARTINS CORGOZINHO –1369 
DÉBORAH DOS SANTOS JACOB – 2420 
LAURA SOARES MAGALHÃES – 2405 
LAYLA BARBOSA ALVES –798 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO 6 : MEDIDOR DE VAZÃO –TUBO DE VENTURI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FLORESTAL 
2017 
 
 
Relatório desenvolvido durante a 
disciplina de Laboratório de 
Fenômenos de Transporte (EAF388) do 
Curso de graduação em Engenharia de 
Alimentos da Universidade Federal de 
Viçosa – Campus Florestal. 
Professor: Fábio Takahashi 
 
1. INTRODUÇÃO 
Medidor de vazão é todo dispositivo que permite, de forma direta ou indireta, determinar 
o volume de fluido que passa através de uma seção de escoamento por unidade de tempo. A 
primeira observação histórica foi dada por Leonardo da Vinci, em 1502, que percebeu que a 
quantidade de água que escoava em um rio era a mesma em qualquer parte, independente da 
largura, profundidade, inclinação e outros. Porém os primeiros dispositivos práticos surgiram 
principalmente com os trabalhos dos pesquisadores Bernoulli e Pitot, com o nascer da era 
industrial, a partir de onde se desenvolveram rapidamente (SILVA et al ,2010). 
Hoje em dia, pode-se encontrar em diversas aplicações, principlamente na indústria de 
alimentos nos processos industriais, nos quais seriam dificilmente controlados ou operados de 
forma segura e eficiente. Por este motivo a vazão tornou-se a terceira grandeza mais medida 
nos processos industriais, perdendo posição apenas para a pressão e temperatura. 
Ao discutir os tipos de medidores de vazão, a maioria dos métodos propostos baseiam-se 
na variação do nível de água. Para medições de grandes vazões em condutos fechados 
utilizam principalmente três tipos de medidores: 1) por diferencial de pressão; 2) tipo de 
turbina; 3) estáticos ou eletrônicos. Em relação ao primeiro tipo, três medidores podem ser 
incluídos nesta categoria: tubos de venturi,bocais e placas de orifício. O primeiro tem sua 
aplicação mais difundida para as tubulações de grande diâmetro e vazão (IBARS, 2004). 
2. OBJETIVO 
A presente prática visa medir a vazão cujo fluido é o ar , utilizando-se de um dispositivo 
de baixo custo, que utiliza um tubo de Venturi para calcular a queda de pressão através da 
leitura do desnível em um manômetro U. 
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
A grande variedade de aplicações de medidores de vazão, cada uma com diferentes 
requisitos, faz como que exista um grande número de medidores disponíveis que utilizam os 
mais variados princípios de medição. A escolha do medidor dependerá do tipo de fluido (e de 
suas condições físicas), da exatidão exigida, da faixa de operação, do custo, da complexidade, 
da facilidade de leitura e do tempo de vida em serviço (OLIVEIRA,2010). 
Os medidores podem ser classificados de acordo com a perturbação que o elemento 
transdutor introduz na medida (BENYOUSEF, 2006). De um modo geral, eles podem ser 
intrusivos e não-intrusivos. Nos medidores intrusivos, o elemento transdutor fica em contato 
com o escoamento e torna-se um obstáculo ao fluido, o que gera uma perda de carga e 
deposição de materiais e/ou contaminação do escoamento. No caso dos medidores não-
intrusivos não existe o contato entre o fluido e o equipamento de medição, o que proporciona 
uma série de vantagens em comparação com os medidores intrusivos, tais como: ausência de 
perda de carga, facilidade de instalação e maior vida útil. 
1. Medidor de vazão do tipo placa de orifício 
Entre os diversos elementos de medição de vazão disponíveis e utilizados na indústria, um 
dos mais conhecidos e talvez o mais utilizado é a placa de orifício. De forma conceitual, são 
medidores deprimogênios (que utilizam o princípio de pressão diferencial) primários de vazão 
instantânea (conforme NBR 10396). Se no interior de uma tubulação tiver uma restrição em 
qualquer ponto do fluxo, de acordo com a Lei de Bernoulli da conservação de energia, haverá 
um aumento da velocidade do fluído e uma redução na pressão estática. Ou seja, o que o 
fluido ganha em pressão dinâmica perderá em pressão estática. Ao passar pela restrição 
haverá uma recuperação parcial desta perda da pressão estática, mas haverá uma pequena 
perda permanente da mesma pressão. 
 
Figura 1 – Medidor de vazão do tipo placa de orifício 
2. Medidor de vazão do tipo tubo de Pitot 
O tubo de Pitot funciona basicamente como um medidor de pressão diferencial, 
necessitando para isso, possuir duas pressões bem definidas e comparadas. A primeira fonte 
de pressão do sistema é a pressão de impacto, ou pressão total, ou pressão de estagnação, 
tomada na extremidade do tubo de Pitot através de sua entrada frontal principal, 
relativa ao fluxo de dado fluido. A segunda tomada de pressão é a de pressão estática, que 
pode ou não ser tomada na mesma localidade do tubo de Pitot. Geralmente essa tomada 
localiza-se nas proximidades da tomada de pressão de impacto, se não, no mesmo corpo do 
tubo de Pitot, porém também pode estar locada em uma posição totalmente distinta da tomada 
de pressão de impacto. A tomada de pressão estática precisa estar localizada numa posição de 
ângulo reto ao fluxo laminar do fluido, para melhor precisão. A diferença de pressão pode 
então, depois de medida, ser chamada de pressão dinâmica. Conhecida essa pressão dinâmica, 
é possível a obtenção da velocidade de dado fluido, conhecendo se também a densidade desse 
fluido, através de equações convenientes. Em geral o tubo de Pitot encontra-se em áreas de 
fluxo laminar, sem muita perturbação ou turbilhonamento. 
 
Figura 2 – Medidor de vazão do tipo tubo de Pitot 
3. Medidores de vazão do tipo rotâmetro 
Rôtametro, é um dispositivo utilizado para medir a vazão de um líquido ou gás num tubo 
e pertence à classe de medidores de área variável. Estes dispositivos medem o fluxo de um 
fluido fazendo-o passar por um tubo de secção variável. 
O medidor de vazão de área variável é, em geral, constituído por um tubo transparente 
com escala onde um flutuador (ou bóia) move-se livremente dentro deste tubo. O equilíbrio é 
atingido quando a diferença de pressão e impulsão do fluido compensam a força 
gravitacional. 
À medida que o fluxo do fluido aumenta, maior área (entre o corpo flutuante e as paredes 
do tubo) é necessária para suportar o fluxo, fazendo com que o corpo flutuante seja 
empurrado para cima. Os flutuadores utilizados podem ter diversos formatos, sendo que as 
esferas e os elipsóides são os mais comuns. O flutuador possui também um formato que lhe 
permite rodar à volta do seu eixo vertical à medida que o fluido atravessa o tubo, permitindo 
verificar se este encontra-se preso, uma vez que apenas pode rodar estando livre. 
 
Figura 3 – Medidor de vazão do tipo rotâmetro 
4. MATERIAIS E MÉTODOS 
4.1. Materiais utilizados 
 Secador de cabelo; 
 Tubo de Venturi improvisado com cones de papel; 
 Mangueira; 
 Régua; 
 Cano de PVC; 
 Água. 
4.2. Procedimento 
Para determinar a vazão do ar utilizou-se o Tubo de Venturi, um aparato para medir a 
velocidade do escoamento, ou a vazão de um fluido, através da variação de pressão durante a 
passagem deste fluído pelo medidor. Primeiramente, ligou-seo secador e regulou-se a 
velocidade para a velocidade média do equipamento. Em seguida, encostou-se o secador na 
entrada dos cones de papel a fim de limitar a passagem de ar para exclusivamente dentro do 
cano. Realizou-se então, a medição do diferencial de altura da coluna de água, promovida pela 
pressão exercida pelo escoamento de ar do secador de cabelo. 
Após a primeira medição, a velocidade do secador de cabelo foi reajustada para a 
velocidade máxima do equipamento e o experimento foi repetido. 
 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
O tubo de Venturi é utilizado para medir a velocidade de escoamento e a vazão de um 
fluido através da variação da pressão durante a passagem deste fluido por um tubo de seção 
mais larga e depois por outro de seção mais estreita. 
Sabendo que o diâmetro da seção transversal 2 é menor que o diâmetro da seção 
transversal 1, calculamos a área do tubo no ponto 1(A1) e no ponto 2 (A2) por meio da 
Equação 1. Podemos perceber por meio desta que a área em 2 é menor que a área em 1. A 
velocidade nos dois casos é calculada por meio da Equação 2. 
 
 
 
 
 
( ))
 (
 
 
 
 )
)) 
Para calcular a variação de pressão causada pelo ar nos pontos 1 e 2, utilizamos a Equação 
3 a seguir. 
 
A vazão volumétrica pode ser calculada a partir da Equação 4 abaixo. 
 
Os resultados obtidos por meio dos cálculos estão representados na Tabela 1. As áreas do 
ponto 1 e ponto 2 são, respectivamente, 366,43 mm
2
 e 226,98 mm
2
. 
Tabela 1- Resultados obtidos no experimento de Tubo de Venturi. 
 Altura (m) ∆P (Pa) Vazão (m3/s) Velocidade (m/s) 
Situação 1 0,01 97, 757
 
6, 1239x10
-3 
16, 7124 
Situação 2 0,04 391, 0267
 
0, 25345 1116,61 
 
No experimento realizado, foram utilizadas duas diferentes velocidades do ar por meio de 
um secador. Ao realizar os cálculos da situação 1, observa-se que a vazão é menor e, portanto 
a velocidade é menor. 
Na situação 2 a vazão obtida é maior que na situação 1, logo a velocidade na situação 2 é 
superior a velocidade na situação 1. 
Seguindo o principio de Bernoulli e o principio de continuidade da massa, se o fluxo de 
um fluido é constante, mas sua área de escoamento diminui, então necessariamente sua 
velocidade de escoamento aumenta. Analogamente, se a área permanece constante e a 
velocidade de escoamento aumenta, necessariamente a vazão aumenta. 
Por meio dos resultados obtidos, observa-se que os princípios citados acima realmente se 
aplicam a situação descrita no experimento. 
6. CONCLUSÃO 
Conclui-se que o experimento de Tubo de Venturi trata-se de um método eficiente, de 
baixo custo e prático de determinar a vazão de determinado fluido, trazendo consigo duas 
ferramentas matemáticas importantes para a sua compreensão, equação de continuidade e 
equação de Bernoulli. 
A utilização do tubo de venturi é amplamente empregada na indústria e na Medicina como 
exemplo: sistema circulatório, extintores e carburadores. Comparado com outro medidor de 
Vazão como por exemplo Placa de Orifício possui um custo maior porém causa uma perda de 
energia menor e oferece maior precisão. 
7. REFERÊNCIAS 
BENYOSEF, Luiz. Tópicos de instrumentação. Observatório nacional/Coord. Geofísica. 
GEOFÍSICA II. Disponível em: . Acesso em: 19 out. 2017. 
IBARS,RÚBEN ALCIDES FRANCO. Desenvolvimento E Avaliação De Tubos Venturi 
Para Medição De Vazão.77 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Agronomia, Universidade 
de São Paulo, Piracicaba, 2004. 
OLIVEIRA, Marcos A. A. de. Desenvolvimento de um Medidor de Vazão Termal 
Inteligente, 2010. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrônica) – Faculdade de 
Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010. 
SILVA,D.A.G et al. Avaliação de Medição de Vazão para Baixas Vazões com Tudo de 
Venturi.Porto Alegre: Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul, 2010.