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Croquis da instalação .......................................................................................................... 5 4. Procedimento Experimental ................................................................................................. 6 5. Levantamento de Dados ...................................................................................................... 6 6. Memorial de Cálculos .......................................................................................................... 7 7. Resultados Obtidos ........................................................................................................... 10 8. Conclusão.......................................................................................................................... 10 9. Comentários ...................................................................................................................... 10 10. Bibliografia ....................................................................................................................... 11 Tubo de Venturi 1. Objetivo Através de um reservatório com um sistema de bombas utilizamos um tubo de Venturi para medir a velocidade do escoamento e a vazão de um líquido incompressível através da variação da pressão durante a passagem deste líquido por um tubo de seção mais larga e depois por outro de seção mais estreita. Este efeito é explicado pelo princípio de Bernoulli e no princípio da continuidade da massa. Se o fluxo de um fluido é constante, mas sua área de escoamento diminui então necessariamente sua velocidade aumenta. Para o teorema a conservação da energia se a energia cinética aumenta, a energia determinada pelo valor da pressão diminui. 2. Embasamento Teórico O efeito Venturi (também conhecido como tubo de Venturi) ocorre, quando num sistema fechado, o fluido em movimento constante dentro de um duto uniforme comprime-se momentaneamente ao encontrar uma zona de estreitamento diminuindo sua pressão e consequentemente aumentando sua velocidade ao atravessar a zona estreitada onde ocorre " também " uma baixa pressão, e se neste ponto se introduzir um terceiro duto ou uma sonda, encontrará uma sucção do fluido contido nessa ligação. Este efeito, demonstrado em 1797, recebe seu nome do físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822). O efeito Venturi é explicado pelo Princípio de Bernoulli e o princípio de continuidade de massa. Se o caudal de um fluido é constante mas a seção diminui, necessariamente a velocidade aumenta após atravessar esta seção. Pelo teorema da conservação da energia se a energia cinética aumenta, a energia determinada pelo valor da pressão diminui obrigatoriamente. 2.1. Tubo de Venturi Um tubo de Venturi é um dispositivo inicialmente desenhado para medir a velocidade de um fluido aproveitando o efeito Venturi. Entretanto, alguns se utilizam para acelerar a velocidade de um fluido obrigando-o a atravessar um tubo estreito em forma de cone. Estes modelos são utilizados em numerosos dispositivos nos que a velocidade de um fluido é importante e constituem a base de aparatos como o carburador. A aplicação clássica de medida de velocidade de um fluido consiste em um tubo formado por duas seções cônicas unidas por um tubo estreito no qual o fluido se desloca consequentemente a maior velocidade. A pressão no tubo Venturi pode medir- se por um tubo vertical em forma de U conectando a região larga e a canalização estreita. A diferença de alturas do líquido no tubo em U permite medir a pressão em ambos os pontos e consequentemente a velocidade. Quando se utiliza um tubo de Venturi tem-se que levar em conta um fenômeno que se denomina cavitação. Este fenômeno ocorre se a pressão em alguma seção do tubo é menor que a pressão de vapor do fluido. Para este tipo particular de tubo, o risco de cavitação se encontra na garganta do mesmo, já que ali, ao ser mínima a área e máxima a velocidade, a pressão é a menor que se pode encontrar no tubo. Quando ocorre a cavitação, se geram borbulhas localmente, que se trasladam ao longo do tubo. Se estas borbulhas chegam a zonas de pressão mais elevada, podem colapsar produzindo assim picos de pressão local com o risco potencial de danificar a parede do tubo. 2.2. Aplicações do efeito Venturi Hidráulica: A depressão gerada em um estreitamento ao aumentar a velocidade do fluido, se utiliza frequentemente para a fabricação de máquinas que proporcionam aditivos em uma condução hidráulica. É muito frequente a utilização deste efeito "Venturi" nos misturadores do tipo Z para adicionar espumógenos em uma condução de água para a extinção de incêndios. Aeronáutica: Ainda que o efeito Venturi seja utilizado frequentemente para explicar a sustentação produzida em asas de aviões o efeito Venturi por si só não é suficiente para explicar a sustentação aérea. Além disso, se utiliza este tubo para prover sucção aos instrumentos que trabalham com vácuo como a trompa de vácuo, de uso laboratorial, coordenador de giro, horizonte artificial, etc.) nos aviões que não estão providos de bombas mecânicas de vácuo. Airsoft: As réplicas usadas neste brinquedo podem ter um sistema chamado HopUp que provoca que o projétil seja arremessado realizando um efeito circular, o que aumenta o alcance efetivo da réplica. Aerógrafo: A aplicação de tinta realizada pelos modelos de sucção, é efetuado graças ao efeito. Motor: O carburador aspira o carburante por efeito Venturi, misturando-o com o ar (fluido do conduto principal), ao passar por um estrangulamento. Purificação de água: Nos equipamentos ozonificadores de água, se utiliza um pequeno tubo Venturi para efetuar uma sucção do ozônio que se produz em um depósito de vidro, e assim misturá-lo com o fluxo de água que sai do equipamento com o intuito de destruir as possíveis bactérias patógenas e de desativar os vírus e outros micro-organismos que não são sensíveis à desinfecção com cloro. Tubos de Venturi: Medida de velocidade de fluidos em conduções e aceleração de fluidos. Aquariofilia: Nas tomadas de bombas de água ou filtros, o efeito Venturi é utilizado para a injeção de ar e/ou CO2. Pneumática: Para aplicações de ventosas e ejetores. Cardiologia: O efeito Venturi se utiliza para explicar a regurgitação mitral que pode se dar na miocardiopatia hipertrófica, e que é causa de morte súbita em desportistas. A explicação é que o movimento sistólico anterior (MSA) que realiza a valva anterior da válvula mitral, se produz porque a hipertrofia septal e o estreitamento do trato de saída provocam uma corrente de alta velocidade sobre a válvula mitral, que devido ao efeito Venturi, succionao extremo da valva anterior contra o septo, que impede a saída de sangue, pelo que regurgita até a aurícula esquerda. Odontologia: o sistema de aspiração de saliva nos equipamentos odontológicos antigos utilizavam tubos Venturi finos. Hoje a aspiração é motorizada. Filtração Seca: O sistema de limpeza de mangas filtrantes em filtro tipo Jet Pulse, utilizam o efeito venturi para reduzir o consumo de ar comprimido, mantendo a eficiência de limpeza das mangas. 3. Croquis da Instalação 4. Procedimento Experimental Para a realização do experimento é necessário que se abra os registros, após a verificação da abertura dos mesmos, ligar o motor elétrico que irá alimentar a bomba centrifuga, para isso, devemos ligar o disjuntor principal que alimenta o disjuntor do motor, e segurar o motor com uma barra, para que este não sofra um grande impacto quando for ligado, após seguir, segurando a base do motor com a barra, ligar o disjuntor que corresponde ao motor. Ao liga-lo, a bomba começará a bombear a agua através da tubulação, passar pelo Venturi e retornar ao tanque, então devemos esperar o processo se normalizar e ajustar o registro principal para que o sistema entre em regime de escoamento permanente (REP). Após a realização desse processo começamos a realizar as leituras para a obtenção dos dados requeridos. A aplicação de tensão através do fechamento ou abertura do registro, faz com que o fluido passe pelo Venturi e mude sua velocidade, então através de 2 orifícios localizados na entrada e no diâmetro menor do Venturi, conseguimos medir por uma escala manométrica, a diferença de cotas dos dois diâmetros, que serão usados para os cálculos. Também pelo aumento da vazão no sistema, conseguimos medi-la através de um vertedouro triangular localizado entre o tanque de escoamento e o tanque de sucção. Após as anotações dos dados obtidos, desligamos o motor elétrico, fazendo com que a bomba para de bombear o fluido para o sistema, e fechando o registro, interrompemos a passagem do fluido. 5. Levantamento de Dados Levantamento de dados: h Qr mm m³/h 24 5,5 20 5,1 16 4,6 12 4,0 08 3,6 6. Memorial de Cálculos Áreas = ࣊ ࢞ ࡰ² = ࣊ ࢞ (,ૡ)² = ૠ, ࢞ ି m² = ࣊ ࢞ ࡰ² = ࣊ ࢞ (,)² = , ૢ ࢞ ି m² Velocidades V1 Vୀ , ³ ࢞ ࢎ ࢎ ࢞ ,ૢ ࢞ ష² ࢞ = 0,64 m/s Vୀ , ³ ࢞ ࢎ ࢎ ࢞ ,ૢ ࢞ ష² ࢞ = 0,59 m/s Vୀ , ³ ࢞ ࢎ ࢎ ࢞ ,ૢ ࢞ ష² ࢞ = 0,53 m/s Vୀ , ³ ࢞ ࢎ ࢎ ࢞ ,ૢ ࢞ ష² ࢞ = 0,46 m/s Vୀ , ³ ࢞ ࢎ ࢎ ࢞ ,ૢ ࢞ ష² ࢞ = 0,42 m/s Velocidades V2 Vୀ , ³ ࢞ ࢎ ࢎ ࢞ ૠ, ࢞ ష² ࢞ = 2,05 m/s Vୀ , ³ ࢞ ࢎ ࢎ ࢞ ૠ, ࢞ ష² ࢞ = 1,90 m/s Vୀ , ³ ࢞ ࢎ ࢎ ࢞ ૠ, ࢞ ష² ࢞ = 1,72 m/s Vୀ , ³ ࢞ ࢎ ࢎ ࢞ ૠ, ࢞ ష² ࢞ = 1,49 m/s Vୀ , ³ ࢞ ࢎ ࢎ ࢞ ૠ, ࢞ ష² ࢞ = 1,39 m/s Pressões (ࢽ − ࢽ) = ࢍࢌ − ࢍࢌ = ࢍࢌ ( − ) = ࢎ ࢞ (ࢽ − ࢽ) = , ࢞ ࢍࢌ = , ࢍࢌ ( − ) = ࢎ ࢞ (ࢽ − ࢽ) = , ࢞ ࢍࢌ = ࢍࢌ ( − ) = ࢎ ࢞ (ࢽ − ࢽ) = , ࢞ ࢍࢌ = , ࢍࢌ ( − ) = ࢎ ࢞ (ࢽ − ࢽ) = , ࢞ ࢍࢌ = , ࢍࢌ ( − ) = ࢎ ࢞ (ࢽ − ࢽ) = , ૡ ࢞ ࢍࢌ = , ૡ ࢍࢌ Coeficiente de descarga Qt = ࣊ ࢞ ࡰ² √ ࢍࢎ ቀࢽࢽ ቁି ିቆࡰࡰ ቇ Cd = ࡽ࢘ ࡽ࢚ ࡽ࢚ = ࣊ ࢞ (,ૡ ) ඩ ࢞ ࢙ ࢞ , ቌ ࢍࢌ ࢍࢌ ቍି ି[(,ૡ , ) ] = , ૡ = , ૡ ࢞ ି ࢙ ࢉࢊ = , ࢎ ,ૡ ࢞ ష ࢙ = ,ૡ ࢞ ష ࢙ ,ૡ ࢞ ష ࢙ = 0,83 ࡽ࢚ = ࣊ ࢞ (,ૡ ) ඩ ࢞ ࢙ ࢞ , ቌ ࢍࢌ ࢍࢌ ቍି ି[(,ૡ , ) ] = , = , ࢞ ି ࢙ ࢉࢊ = , ࢎ , ࢞ ష ࢙ = , ࢞ ష ࢙ , ࢞ ష ࢙ = 0,86 ࡽ࢚ = ࣊ ࢞ (,ૡ ) ඩ ࢞ ࢙ ࢞ , ቌ ࢍࢌ ࢍࢌ ቍି ି[(,ૡ , ) ] = , = , ࢞ ି ࢙ ࢉࢊ = , ࢎ , ࢞ ష ࢙ = ,ૡ ࢞ ష ࢙ , ࢞ ష ࢙ = 0,89 ࡽ࢚ = ࣊ ࢞ (,ૡ ) ඩ ࢞ ࢙ ࢞ , ቌ ࢍࢌ ࢍࢌ ቍି ି[(,ૡ , ) ] = , ૡ = , ૡ ࢞ ି ࢙ ࢉࢊ = , ࢎ ,ૡ ࢞ ష ࢙ = , ࢞ ష ࢙ ,ૡ ࢞ ష ࢙ = 0,94 ࡽ࢚ = ࣊ ࢞ (,ૡ ) ඩ ࢞ ࢙ ࢞ ,ૡ ቌ ࢍࢌ ࢍࢌ ቍି ି[(,ૡ , ) ] = , ૡ = ૡ, ࢞ ି ࢙ ࢉࢊ = , ࢎ ૡ, ࢞ ష ࢙ = , ࢞ ష ࢙ ૡ, ࢞ ష ࢙ = 1,18 Reynolds Vt = ࢞ ࡽ࢚ ࣊ ࢞ ࡰ² Rt = ࢂ࢚ ࢞ ࡰ ࣆ ࡴࡻ ࢂ࢚ ୀ ࢞ ,ૡ ࢞ ష ࣊ ࢞ (, )࢙ ୀ ,ૠૠ ࢙ ࡾ࢚ ୀ ,ૠૠ࢙ ࢞ , ష ࢙ ୀ ࢂ࢚ ୀ ࢞ , ࢞ ష ࣊ ࢞ (, )࢙ ୀ ,ૢ ࢙ ࡾ࢚ ୀ ,ૢ࢙ ࢞ , ష ࢙ ୀ ૡૡૡ ࢂ࢚ ୀ ࢞ , ࢞ ష ࣊ ࢞ (, )࢙ ୀ , ࢙ ࡾ࢚ ୀ ,࢙ ࢞ , ష ࢙ ୀ ࢂ࢚ ୀ ࢞ ,ૡ ࢞ ష ࣊ ࢞ (, )࢙ ୀ ,ૢ ࢙ ࡾ࢚ ୀ ,ૢ࢙ ࢞ , ష ࢙ ୀ ૠૡ ࢂ࢚ ୀ ࢞ ૡ, ࢞ ష ࣊ ࢞ (, )࢙ ୀ , ࢙ ࡾ࢚ ୀ ,࢙ ࢞ , ష ࢙ ୀ ૢૡૠ 7. Resultados Obtidos h Qr Qr Qt qt mm ݉³ ℎ ݉³ ݏ ଵܸ ଶܸ (ଵ − ଶ) cd Vt ݉³ ݏ ݉³ ℎ Re 24 5,5 1,53ݔ10ିଷ 0,64 2,05 302,40 0,83 0,77 1,84ݔ10ିଷ 6,62 42504 20 5,1 1,42ݔ10ିଷ 0,59 1,90 252,00 0,86 0,69 1,65ݔ10ିଷ 5,94 38088 16 4,6 1,28ݔ10ିଷ 0,53 1,72 201,60 0,89 0,60 1,44ݔ10ିଷ 5,18 33120 12 4 1,11ݔ10ିଷ 0,46 1,49 151,20 0,94 0,49 1,18ݔ10ିଷ 4,25 27048 08 3,6 1,00ݔ10ିଷ 0,42 1,34 100,80 1,18 0,36 8,5ݔ10ିସ 3,06 19872 8. Conclusão Concluímos com este experimento que é possível obter a velocidade de um fluido incompressível no sistema através de um tubo Venturi, que faz com que a diferença de pressão entre duas seções (uma com diâmetro maior e a outra menor) do medidor seja proporcional à vazão que escoa por ele. Através de um motor elétrico, que acoplado a uma bomba centrifuga, faz com que ela bombeie o fluido de um tanque para o sistema com determinada pressão. Então para se determinar a velocidade com que esse fluido percorre o sistema, se usam os tubos de Venturi. Com os dados obtidos pelos medidores manométricos das duas seções e também de outro medidor manométrico encontrado no vertedouro triangular localizado entre os tanques de escoamento e de sucção, podemos descobrir, através da aplicação da formula de Bernoulli, a velocidade e a pressão do fluido nesse sistema. O Venturi possui uma simples implantação e se mostram de grande importância quando precisamos ter com precisão, a velocidade e a pressão do fluido dentro do sistema. 9. Comentários Duas pequenas anomalias foram encontradas: Foi constatado pelo professor de que o grupo anterior por descuido deixou formar um bolsão de ar na região do tubo de venturi, o que nada interfere no experimento, só o fato de termos que esperar o ar sair do tubo para que se possa fazer uma leitura adequada. A segunda anomalia, também percebida pelo professor, foi de que uma ligação estavacom problemas na vedação, causando um pequeno gotejamento no reservatório de água, o problema foi provisioramente resolvido colocando um balde em baixo do vazamento impedindo-o de pingar no reservatório. 10. Bibliografia https://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_Venturi https://pt.wikipedia.org/wiki/Tubo_de_Venturi http://www.artigosenoticias.com/artigos/fisica/51/o_que_e_o_tubo_de_vent uri_r.html Mecânica dos Fluidos – BRUNETTI, Franco – 2.ed.rev. – São Paulo : Pearson Prentice Hall, 2008.
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