Piezômetro - prática 3

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UNIGRANRIO
ENGENHARIA QUÍMICA
AMANDA QUINTELLA – 5901032
LARISSA SILVEIRA – 5900459
JULIA GRACIELLE - 5900899
SÉRGIO RODRIGUES - 5900225
PIEZÔMETRO
Duque de Caxias
16 de setembro de 2020
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PIEZÔMETRO
Relatório apresentado à disciplina de Laboratório de Engenharia Química I como requisito de avaliação do curso de Engenharia em Química.
Prof. Marlon Demauir Cozine Silva
Duque de Caxias
16 de setembro de 2020
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
2. OBJETIVO
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
4. MATERIAIS E REAGENTES
5. METODOLOGIA 
6. CONCLUSÃO
7. BIBLIOGRAFIA
1. INTRODUÇÃO
Considerado o aparelho mais simples para a medição de pressão, os piezômetros foram inicialmente utilizados no século XIX na Índia em estudos da percolação na fundação de barragens que foram construídas para irrigação. Anos depois, foram utilizados em países como a Inglaterra, e Estados Unidos com a principal função de supervisionar o comportamento das barragens. (LIGOCKI, SARÉ E SAYÃO, 2003; SILVEIRA, 2006).
O dispositivo mais simples para medir pressões é o tubo piezométrico ou, simplesmente, piezômetro. Consiste na inserção de um tubo transparente na tubulação ou recipiente onde se quer medir a pressão. O líquido subirá na coluna piezométrico a uma altura h, correspondente à pressão interna. Existem basicamente 03 tipos de piezômetros: piezômetro de coluna vertical, de coluna inclinada e de tubo em U (manômetro). O piezômetro apresenta três defeitos que o tornam de uso limitado:
1) a altura h, para pressões elevadas e para líquidos de baixo peso específico, será muito alta. Exemplo: água com pressão de 1000000N/m² e cujo peso específico é 100000N/m³ formará uma coluna;
Logo, não sendo viável a instalação de um tubo de vidro com mais de 10m de altura, o piezômetro não pode, nesse caso, ser útil. nota-se então que esse aparelho só serve para pequenas pressões.
2) não se pode medir pressão de gases, pois eles escapam sem formar a coluna h;
3) não se pode medir pressões efetivas negativas, pois nesse caso haverá entrada de ar para o reservatório, em vez de haver a formação de coluna h.
No caso de pressões muito grandes, o piezômetro é substituído com vantagem por um tubo em U, chamado de manômetro, no qual se coloca um líquido de peso específico γ’ diferente do peso específico γ do fluido do recipiente. O líquido manométrico mais utilizado é o mercúrio. Os manômetros diferenciais são utilizados entre dois pontos de um sistema em que se escoa um líquido. Dois piezômetros colocados lado a lado podem funcionar como manômetros diferenciais.
As utilizações do piezômetro em projetos industriais são avaliadas os dispositivos que afetam diretamente a pressão do sistema, além dos trechos retos. Sendo necessário a equação de Bernoulli com o objetivo de determinar a perda de carga local da válvula ou qualquer outro dispositivo conectado à montante e à jusante que está associado a queda de pressão induzido no escoamento. Posto isso, ao estimar os efeitos localizados e os viscosos pode-se obter a perda de carga total.
2- OBJETIVOS 
	O piezômetro serve para medir a perda de carga de acidentes feito no tangue onde passa pela bomba afogada tendo como funcionalidade a sucção do líquido, rotacionando o fluido que atraves do capilar lenche a bomba principal, tendo a seguir uma válvula de controle de vazão e após um conjuto de tubos servindo basicamente para nos fornecer a diferença de pressão. Através dele vemos a pressão do escoamento do tubo, basicamente por coluna d'água e logo apos o acidente, colocado para gerar perda de carga, tendo mais uma vez um conjunto de tubo, que nos fornece a altura da coluna do líquido que ficou apos o experiemento, fornecendo a diferença de pressão. Essa quantidade de tubos é fornecida para aumentar a precisão do nosso experimento. 
 
FUNDAMENTOS 
	Manômetros são aparelhos usados para medir pressões. Funcionam utilizando colunas de fluidos, dispositivos mecânicos ou eletrônicos.
	O mais simples dos manômetros é o tubo piezomètrico, ou PIEZÔMETRO. A medição da pressão é realizada inserindo-se um tubo transparente, geralmente graduado, na canalização ou recipiente cuja pressão se deseja estabelecer.
	O líquido ascendera no piezômetro até certa altura, função da pressão interna, através da qual se conhece, segundo o princípio de Stevin, a pressão no recipiente ou canalização (figura 1).
Obtemos : P a A + Ɣ h A = P b A ou P b - P a = Ɣ h ,
 sendo P b pressão absoluta e ( P b - P a ), a pressão efetiva ou manomètrica no ponto B.
 Os tubos deverão ter diâmetros superiores a 1 cm para quese possam desprezar os efeitos da capilaridade.
 Para altas e baixas pressões costumam-se usar o manômetro construído em tubo perfil U, que possibilita o uso de líquidos com alto ou baixo peso específico ( figura 2).
	Os manômetros são utilizados para medição de pressões em recipientes contendo gases, vapores ou líquidos. Neste último caso, o líquido cuja pressão se deseja conhecer deverá ser imiscível ao líquido manométrico.
 Os líquidos manométricos mais comuns são: água, benzina, tetracloreto de carbono, mercúrio e outros.
 A pressão em A (Figura 2) é calculada como mostrado a seguir:
Pa = Pb +Ɣ1h1 - Ɣ2h2 ;
Pd - Pa = pressão atmosférica.
Pa= Pa + Ɣ1h1 - Ɣ2h2 ; pressão absoluta em A,
Pa - Pa = Ɣ1h1 - Ɣ2h2 : pressão manomètrica em A.
Conforme se depreende dos exemplos mostrados, os manômetros medem a diferença de pressões entre dois pontos.
	Assim, parase obter a pressão absoluta em um extremo deve-seconhecer a pressão absoluta do outro extremo do manômetro.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
 	Os leitos fluidizados são equipamentos nos quais ocorre o processo de fluidização. Eles são de grande importância para a indústria, pois tem finalidades como secagem, mistura e revestimento de partículas, congelamento, torrefação de grãos, aquecimento e resfriamento de sólidos, e craqueamento catalítico de petróleo para obtenção de gasolina, que é atualmente sua principal finalidade, dentre outras possíveis. A principal vantagem da utilização de leitos fluidizados é a promoção de boa interação entre as moléculas e o fluido (gasoso ou líquido), já que no processo não há a formação de zonas mortas (SANTOS, WALESIUK & D’AMELIO, 2019).
 	 A fluidização é uma tecnologia adequada para converter diversos resíduos agrícolas em energia, devido a suas vantagens inerentes de flexibilidade de combustível, baixas temperaturas e condições isotérmicas de operação (ARMESTO et al. 2002). A fluidização é uma operação em que um sólido entra em contato com um líquido ou um gás, de tal forma que o conjunto adquire características similares às de fluidos, de modo que as taxas de transferência de massa e energia são elevadas (RAMÍREZ & MARTÍNEZ 2007).
 	 A indústria moderna utiliza diversas técnicas e variados equipamentos para a realização de seus processos. Nos processos que envolvem a interação entre fluído e sólido, seja o fluido de ordem gasosa ou líquida, pode-se utilizar a técnica de fluidização, a qual destina-se a operações diversas como por exemplo: craqueamento catalítico, revestimento de partículas, torrefação de grãos, catálise de reações diversas, mistura, remoção de partículas indesejadas e adsorção, dentre outros (FOUST et al., 1982).
 	Para que um leito fluidizado seja considerado eficiente, faz-se necessário o conhecimento da velocidade mínima de fluidização. Se a velocidade estiver abaixo da velocidade mínima de fluidização, o leito não fluidiza e, no caso de a velocidade estar superior à velocidade mínima, os sólidos serão carregados para fora do leito.
 	Segundo SANTOS, WALESIUK E D’AMELIO 2019, as Figuras 1 e 2 apresentam graficamente o sistema de leito fluidizado, onde os pontos representam a perda de carga e altura do leito em função da velocidade superficial: 0 – leito fixo em compactação inicial; A – início da expansão; B – leito instável; CD – leito fluidizado; D – início do arraste de partículas;Vmf – velocidade mínima de fluidização; Va – velocidade de arraste.
Figura 1 – Velocidade de Fluidização.
Figura 2 – Queda de Pressão x Velocidade de Fluxo.
 	Em face à grande utilidade do leito fluidizado em processos industriais, como citado anteriormente, este artigo visou o estudo mais aprofundado deste equipamento de forma a permitir sua melhor compreensão e aplicação nas áreas cabíveis da indústria e da pesquisa científica, através do desenvolvimento de um protótipo didático. Além do estudo referente para este trabalho, o protótipo foi doado para a Universidade São Francisco – Campus Itatiba, o que proporciona a outros alunos o estudo aprofundado de um leito fluidizado.
 	Este artigo apresenta o funcionamento dos leitos fluidizados e as variáveis que interferem diretamente nele, como altura da fase densa, diâmetro do tubo e as características das partículas que atuam como fase densa, pois serão utilizados materiais bastante diferentes entre si, com densidades variadas, além de alguns serem esferas quase perfeitas e outros possuírem formatos irregulares, para assim tornar possível o estudo deste equipamento em frente à estas variáveis.
4. MATERIAIS E REAGENTES
Os materiais e reagentes utilizados na prática estão descritos conforme a Tabela 1.
TABELA 1 - Materiais e Reagentes utilizados durante o experimento
	Materiais
	Reagentes
	Aparelho de escoamento 
(piezômetro)
	Água (H2O)
	Fita métrica 
	Corante Azul 
	Tubo Reto 
	
	Válvula
	
	Béquer 
	
	Cronômetro
Proveta
	
5 - METODOLOGIA 
Descrição do procedimento:
A bomba centrífuga foi ligada para a circulação de fluido no sistema. Após estabilização do fluxo, foi ajustada a primeira vazão utilizando o recipiente para coleta do líquido, o cronômetro e a proveta. 
Com auxílio da fita métrica, foi definida a primeira altura de leito formado pelas esferas de vidro conforme vazão ajustada na válvula globo. Em seguida, com o manuseio das válvulas para tomada de pressão, foram efetuadas as leituras no manômetro de mercúrio (tubo em U) das pressões no leito e no sistema. 
Esse procedimento foi executado para três diferentes alturas de leito, realizando ajuste de vazão na válvula globo.
Coleta de resultados:
 	O sistema para realização do experimento e composto por um tanque no qual alimenta e despeja o fluido sem perdas para o meio ambiente, bomba centrífuga responsável pela sucção do líquido para alimentação do aparato, coluna experimental onde encontravamos as válvulas que são o controle de vazão e a usinagem acrílica, onde o leito fluidizado e formado onde temos a base do leito fluidizado paratomada de pressão para avaliar a perda de carga, preso por flange onde temos uma peneira para suporte das partículas esféricas em suspensão para montagem do leito fluidizado; No interior do nosso tubo temos a haste de metal tomada de pressão móvel presa no topo para medir os pontos da coluna do líquido fluidizado que leva direto a "cabeça" do equipamentotendo novamente outra peneira para impedir a passagem das esfera para o tanque sem a presença de partículas. Para medir a pressão no tanque utilizamos o manômetro em "U" contendo mercúrio. As tomada sde pressão do sistena são instaladas na base e na coluna experimental e são fundamentais para determinar os perfis de pressão, tendo uma tomada de pressão presente no interior da coluna do experimento composta por uma haste de metal móvel sendo ela a resposavel pela medicação dos pontos da coluna do leito fluidizado e 2 tomadas de pressão, uma na base do leito fluidizado e outra no início do sistema.
Indentificação da amperagem do aparelho para acinonar o fluxo, verificação da válvula de vazão se a mesma se encontra aberta para a passagem do líquido. O manômetro em 'U' mede as tomadas de pressão, uma móvel no interior do leito fluidizado e uma na base e outra no inicio do sistema, tendo o sistema maior perda de carga onde considero todas as conecçoes, acidentes e valvulas e no leito fluidizado somente as esferas de vidro em suspensão.
1 - Ao ligar o equipamento a bomba aciona e enche a coluna onde há o despejo no tanque pulmão sem perdas.
2-As esferas montam um leito fluidizado com tamanho específico, tendo a partir de então o cálculo do tamanho do leito, onde consigo regular a vazão para ter tamanhos de leitos fluidizados diferentes e com isso a variação das esferas. 
3 - Com a mudança da vazão, ou seja, diminuição da velocidade do fluido, as partítuclas tende a ir para o fundo e quando a velocidade de ascenção for maior que a velocidade terminal da partícula ele as carrega e vice e versa se a velocidade do fluido e menor que das partículas elas tende a se depositar no fundo.
4 - Para obter os pontos do leito fluidizado é preciso controlar a vazão em que a ascenção do fluido e a velocidade terminal se igualem de forma que as partículas fiquem fixas e o mais constante no nível de altura.
5 - Na coleta de resultado, temos os pontos 1, ponto 2 e ponto 3, marcados na coluna experimental, cada um com alturas diferentes. Após a determinação dos leitos fluidizados a haste interior deve que estar próxima aos pontos marcados na coluna, sendo controlada pela válvula de forma que o leito fluidizado fique o mais proximo do topo do leito ou o mais proximo dos pontos de análise.
6 - Após os pontos determinados, coletamos os dados de vazão e as diferenças de pressão do leito e do sistema.
7- A tomada de pressão superior para a altura dos 3 conjuntos de pontos marcados na coluna experimental nos fornece a diferença de pressão apenas do leito fluidizado visto no manômetro em 'U'.
8 - Uma vez que a haste continua fixa e tomamos a tomada de pressão inferior, temos então a diferença de pressão do sistema completo.
9 - Ao acionarmos a válvula superior e fechamos a inferior, temos através da altura do leito fluidizado a diferença de pressão onde no manômetro em 'U' temos o tamanho da coluna que ao medirmos temos o ∆p do leito.
10 - Ao fecharmos a válvula superior que corresponde ao leito e ao acionarmos a inferior temos uma queda no manômetro em "U" significativa uma perda de carga do sistema e superior ao do leito fluidizado, sendo refletido na coluna de mercúrio.
11 - Com um cronômetro e um pote medimos a vazão do fluido através de um tempo curto e consequentemente obtemos o peso, através do despejo do líquido em uma proveta, tendo o volume para cálculo do volume por tempo e tendo a vazão volumétrica.
6. CONCLUSÃO
 	Portanto, podemos notar que o aparelho piezômetro tem como medidor a pressão na superfície do líquido. A altura do líquido no tubo é diretamente proporcional à pressão que ele está designado. Embora o aparelho de escoamento seja um dispositivo simples, é possível observar que podem ocorrer pequenos desvios nos valores que podem estar relacionados à medição da altura (h) do nível de água com o auxílio de uma fita métrica utilizada na substituição do uso de sensor/transmissor de nível, resultando na dificuldade de identificação do menisco nos diferentes tubos piezométricos sucedendo a indeterminação dos valores. 
Além disso, também é notório que a perda de carga está associada aos inúmeros desvios/obstruções no percurso que o fluido percorrerá.
7. BIBLIOGRAFIA
LIGOCKI, L. P., SARÉ, A. R. AND SAYÃO, A. S. F. J. (2003). Avaliação de Segurança da Barragem de Curuá-Una com base na Piezometria. Em XXV Seminário Nacional de Grandes Barragens, páginas 207–217. Salvador-BA.
SILVEIRA, J. F. A. (2006). Instrumentação e Segurança de Barragens de Terra e Enroncamento
«Piezômetro». Consultado em 11 de setembro de 2020
Neto, A.; Manual de Hidráulica; 1 - Vol.; 7 ª Edição, pag. 17.
Streter, V.: Mecânica dos Fluidos.
Wylie, E.B.: 7ª Edição,pág. 30