VENTURI PRÁTICA 2

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Universidade Federal de Viçosa (UFV) 
Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas 
Departamento de Química e Engenharia Química (DEQ) 
ENQ 271 – LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I 
	Nomes: Adriana Marques 
              Jean Silva 
              Larissa Cardoso 
	Matrículas: 86463 
                     90376 
           90394  
	Prática 02 – Tubo de Venturi 
	Turma: 3 
1 INTRODUÇÃO 
Visão geral
Os medidores de vazão são classificados em: mecânicos, por pressão diferencial, de área variável, magnéticos e ultrassônicos (ALVES, 2005). O funcionamento dos dispositivos de medição por pressão diferencial consiste em determinar a vazão medindo a queda de pressão do fluido ao passar por uma restrição na tubulação. 
Dentre eles, o tubo de Venturi foi criado por Giovanni B. Venturi para análise e resolução de problemas do meio industrial no século XVIII. Consiste em um método amplamente utilizado, pois apresenta a vantagem de ocasionar menor perda de carga, se comparado a dispositivo tipo placa de orifício, e ser mais preciso que diafragmas e bocais. Entretanto, é um medidor de construção mais complexa e custo relativo elevado. É aplicado para medir vazão em muitas instalações industriais (tratamento de água, condução de gases e produtos corrosivos) e pode ser construído de diversos materiais, a depender do processo (IBARS, 2004).
O tubo de Venturi possui três partes sequenciais: a convergente, a garganta e a divergente. A seção cônica convergente possui ângulo geralmente entre 20 e 30º, enquanto na divergente o ângulo varia comumente de 5 à 14º (SILVA, 2010). Além disso, sua seção transversal pode ser circular ou poligonal. Para o dimensionamento do duto e determinação das grandezas relevantes, utiliza-se das equações básicas da mecânica dos fluidos, como a de conservação de massa, de energia e de quantidade de movimento, a fim de garantir a uniformidade do movimento e a precisão do método (CAETANO, 2014). O esquema de um tubo de Venturi com comprimento (L), diâmetro de garganta (d) e diâmetro das seções de entrada e saída (D) está representado na figura 1.
Figura 1 – Esquema do tubo de Venturi
Fonte: Caetano (2014)
Fundamentação teórica
Em um dispositivo bem dimensionado, as hipóteses necessárias à aplicação da equação de Bernoulli são respeitadas com boa aproximação. Para um escoamento permanente e incompressível, em regime laminar e considerando as perdas de carga desprezíveis, a equação pode ser escrita como:
	
	(1)
Na qual:
p – pressão estática do fluido (Pa)
ρ – massa específica do fluido (kg m-3)
V – velocidade do fluido (m s-1)
z – elevação da tubulação (m)
g – aceleração da gravidade (m s-2)
Aplicando a equação sobre uma mesma linha de corrente não há variação de elevação (z1=z2), resultando em:
	
	(2)
Por sua vez, a equação da continuidade é expressa por:
	
	(3)
Na qual:
Q – vazão volumétrica (m3 s-1)
A – área da seção transversal (m2) com diâmetro D
V – velocidade do fluido (m s-1)
Substituindo a equação (3) na equação (2) obtém-se:
	
	(4)
Sendo ∆h a diferença de altura de líquido observada, a diferença de pressão é calculada por:
	
	(5)
A partir do cálculo da diferença de pressão, conhecendo o diâmetro dos tubos e a densidade do fluido, determina-se a velocidade por meio da equação (4). Por ela também é possível calcular o número de Reynolds para o escoamento. 
	Re = ρVD/μ
	(6)
Na qual:
D - diâmetro do tubo (m) 
V - velocidade do fluido (m s-1) 
ρ - massa específica do fluido (kg m-3) 
μ - viscosidade do fluido (Pa.s) 
Já a vazão volumétrica é calculada segundo a relação Q=A1V1. Nos diferentes tubos do dispositivo, conforme a área das seções diminui, a velocidade do fluido aumenta, respeitando a equação da continuidade. Esse processo resulta em uma diminuição da pressão que, na prática, é observada pela diferença na altura do líquido em cada tubo. 
 2 MATERIAIS E METODOLOGIA 
Materiais utilizados:
- Bancada hidráulica volumétrica
- H5- Aparato Venturi Meter
- Água da rede
- Tomada 220 V
- Termômetro 
O experimento foi realizado com água à temperatura de 26,0°C, valor medido pelo termômetro. O perímetro da seção transversal circular da tubulação foi medido com fita métrica na aula anterior, obtendo 9,0 cm com incerteza de 0,05 cm. Sendo assim, a partir do comprimento 2πR= 9,0 cm obtemos o raio R=1,43 cm. 
Iniciou-se o experimento com a abertura da válvula em uma volta completa. Após o fluxo de água se estabilizar, foram registradas as alturas de cada coluna de água identificada pelas letras de A a L no medidor de Venturi. Em seguida, o experimento foi realizado novamente para 1,5 e 1,25 voltas na válvula. A válvula da bancada permaneceu com abertura de duas voltas durante todo o procedimento.
 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 
As alturas das colunas de água no medidor, referentes a cada abertura da válvula (cada vazão), foram registradas na tabela a seguir:
	
	Vazão 1 
(1 volta válvula)
	Vazão 2
(1,5 volta válvula)
	Vazão 3
(1,25 volta válvula)
	
	h
	h
	h
	A
	325
	348
	340
	B
	320
	332
	330
	C
	287
	220
	248
	D
	235
	45
	117
	E
	243
	85
	148
	F
	270
	168
	207
	G
	285
	215
	243
	H
	292
	248
	265
	J
	298
	267
	280
	K
	302
	280
	290
	L
	305
	290
	297
Tabela 1 – Altura da coluna de fluido
Os diâmetros do tubo de Venturi (indicados no equipamento) foram registrados na tabela abaixo:
	Diâmetro (mm)
	DA= 26,00
	DB= 23,20
	DC= 18,40
	DD= 16,00
	DE= 16,79
	DF= 18,47
	DG= 20,16
	DH= 21,84
	DJ= 23,53
	DK= 25,21
	DL= 26,00
Tabela 2 – Diâmetros do tubo de Venturi
Cálculo da vazão volumétrica
Combinando as equações (4) e (5), podemos calcular a velocidade V (m/s) para cada abertura de válvula, tomando duas alturas da coluna de água e seus respectivos diâmetros.
A partir desse valor encontrado para a velocidade é possível calcular a vazão volumétrica Q (L/s), partindo da definição de vazão, como sendo o produto da velocidade V e da área da seção transversal do tubo. O valor adotado para a gravidade é de 9,81 m/s2.
Para a abertura de válvula de 1 volta, tomando os pontos A e F:
	hA = 0,325 m
	DA= 0,026 m
	V = 0,550 m/s
	hF = 0,270 m
	DF = 0,01847 m
	Q = 0,353 L/s
Para a abertura de válvula de 1 volta, tomando os pontos B e G:
	hB = 0,320 m
	DB= 0,02320 m
	V = 1,059 m/s
	hG = 0,285 m
	DG = 0,02016 m
	Q = 0,680 L/s
Para a abertura de válvula de 1,25 volta, tomando os pontos A e F:
	hA = 0,340 m
	DA= 0,026 m
	V = 1,329 m/s
	hF = 0,207 m
	DF = 0,01847 m
	Q = 0,853 L/s
Para a abertura de válvula de 1,25 volta, tomando os pontos B e G:
	hB = 0,330 m
	DB= 0,02320 m
	V = 1,477 m/s
	hG = 0,243 m
	DG = 0,02016 m
	Q = 0,948 L/s
Para a abertura de válvula de 1,5 volta, tomando os pontos A e F:
	hA = 0,348 m
	DA= 0,026 m
	V = 1,799 m/s
	hF = 0,168 m
	DF = 0,01847 m
	Q = 1,155 L/s
Para a abertura de válvula de 1,5 volta, tomando os pontos B e G:
	hB = 0,332 m
	DB= 0,02320 m
	V = 3,539 m/s
	hG = 0,215 m
	DG = 0,02016 m
	Q = 2,272 L/s
Cálculo da vazão mássica
A vazão mássica pode ser calculada a partir da vazão volumétrica através do produto dessa última pela massa específica da água, na temperatura de trabalho. O valor adotado para ρH2O,26C = 996,783 kg/m3,segundo o Perry's Chemical Engineers' Handbook.
	
	1 volta
	1,25 volta
	1,5 volta
	Pontos A e F
	0,352 kg/s
	0,850 kg/s
	1,151 kg/s
	Pontos B e G
	0,678 kg/s
	0,945 kg/s
	2,265 kg/s
Cálculo do número de Reynolds
Como a velocidade do fluido foi calculada, é possível obter o número de Reynolds para o escoamento, pois são conhecidos o diâmetro da tubulação, a massa específica e a viscosidade do fluido na temperatura de trabalho.
	
	1 volta
	1,25 volta
	1,5 volta
	Pontos A e F
	18001,6
	43498,42
	58881,61
	Pontos B e G
	34661,27
	48342,49
	115832,1
4 CONCLUSÃO 
5 REFERÊNCIASALVES, J. L. L. (2005). Instrumentação, controle e automação de processos. Rio de Janeiro: LTC Ed., p. 270, ISBN 9788521614425 (broch.).
CAETANO, N. M. (2014). Modelagem e simulação do escoamento em um Venturi. Monografia (Graduação em Engenharia Mecânica) - Departamento Acadêmico de Mecânica - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa. 
IBARS, R. A. F. (2004). Desenvolvimento e avaliação de tubos de Venturi para medição de vazão. Dissertação (Mestrado em Agronomia) – Universidade de São Paulo, São Paulo.
SILVA, G. A., et al. (2010). Avaliação de Medição de Vazão para Baixas Vazões com Tudo de Venturi. Trabalho final (Medições Térmicas). Escola de Engenharia - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.