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Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Agrárias Departamento de Engenharia Agrícola Graduação em Agronomia ADO195-Hidráulica Aplicada (Relatório de aula prática) Tubo Venturi como medidor de vazão Laura Cunha Rebouças Lessa, 373496 Maria Vitória Mendes Cordeiro, 373504 Fortaleza-Ce 23 de novembro 2017 1. Introdução O tubo de Venturi é um medidor de vazão classificado como medidor do tipo deprimogênio, pois contém uma redução na seção transversal é adequado para aplicações de medição de vazão nas quais se exige baixa perda de carga, é formado por três partes (cone de entrada, garganta e cone de saída), instalado em série com a tubulação e a passagem do fluido pela garganta, gera aumento de velocidade e redução da pressão estática do fluido. O efeito 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 de fluido contido nessa ligação. Este efeito recebe o nome do físico italiano Giovanni Battista Venturi. Esse efeito é explicado pelo efeito de Bernoulli e o princípio de continuidade de massa. Se o fluxo de um fluído 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 obrigatoriamente. A vazão pode ser determinada a partir do escoamento de um fluido através de determinada seção transversal de conduto livre ou de um conduto forçado. Isso significa que a vazão representa a rapidez com a qual um volume escoa. 2. Objetivo A aula ministrada dia 03 de novembro objetivou a utilização do tubo Venturi como medidor de vazão e como injetor de fertilizantes utilizando um sistema Bypass. 3. Metodologia Foi medido o volume de água coletado em um tempo determinado (10s) em quatro pressões diferentes. Também foi visto o funcionamento do tubo Venturi como injetor de fertilizantes, através da aplicação de pressões tão elevadas no sistema, que eram capazes de causar uma pressão negativa, que succiona o liquido desejado, injetando-o no sistema. Figura 1: Da esquerda para direita: Medidor de pressão; sistema By pass montado; vacuômetro. A vazão medida através do volume é calculada da seguinte forma: PA/ɣ + ZA + VA2/2g = PB/ɣ + ZB + VB2/2g VB2/2g – VA2/2g = PA/ɣ - PB/ɣ + ZA –ZB VB2 - VA2/2g = PA – PB/ɣ + ZA-ZB VB2 – VA2 = 2g [(PA – PB/ɣ) + (ZA – ZB)] Q= A . V 1/DB4 – 1/ DA4 V=Q/A DA4 – DB4/ DB4 . DA4 VA= 4Q/ π DA2 VB= 4Q/ π DB2 (4Q/ π DB2) – (4Q/ π DA2) = 2g [(PA – PB/ ɣ) = ZA - ZB 16Q2/ π2 DB4 - 16Q2/ π2 DA4 16Q2/ π2 . (1/DB4 – 1/ DA4) 16Q2/ π2 . (1/DB4 – 1/ DA4) = 2g [ (PA – PB/ ɣ) + (ZA –ZB)] Q2 ( 1/DB4 – 1/ DA4) = π2/ 16 . 2g [(PA – PB/ ɣ) + ( ZA –ZB)] Q2 . (DA4 – DB4/ DB4 . DA4) = 2g π2/ 16 . [(PA- PB/ ɣ) + (ZA – ZB)] Q2= 2g π2/ 16 . [(PA- PB/ ɣ) + (ZA – ZB)] . [DB4 – DA4/ DA4 . DB4] Q = √ [2g π2/ 16 . [(PA- PB/ ɣ) + (ZA – ZB)] . [DB4 – DA4/ DA4 . DB4]] 4. Resultados e discussão Os valores de água captados e as quatro diferentes pressões nos diâmetros externo e interno se encontram na tabela a seguir: VENTURI COMO MEDIDOR DE VAZÃO Pa (Kgf/cm²) Pb (cmHg) Pb (kgf/cm²) V (L) t (s) 1º 2,3 -53 -0,720 3,87 10,26 2º 1,5 -49 -0,666 3,81 10,1 3º 2 -50 -0,679 3,6 10,21 4º 1 -37 -0,503 2,63 10,3 Menor diâmetro do tubo Venturi: 4mm = 0,004m Maior diâmetro do tubo Venturi: ¾’’ =19,05mm = 0,019m Em posse desses valores, é possível mensurar as vazões teóricas nas diferentes pressões. Primeira medida: 𝑄 = √ 2 × 9,78 × 𝜋² 16 × [ 23000 − (−7200) 𝛾 + (𝑍𝑎 − 𝑍𝑏)] × 0,0044 × 0,0194 0,0194 − 0,0044 = 0,000305𝑚3/𝑠 = 1100,56𝐿/ℎ Segunda medida 𝑄 = √ 2 × 9,78 × 𝜋² 16 × [ 15000 − (−6660) 𝛾 + (𝑍𝑎 − 𝑍𝑏)] × 0,0044 × 0,0194 0,0194 − 0,0044 = 0,000258𝑚3/𝑠 = 932,04𝐿/ℎ Terceira medida 𝑄 = √ 2 × 9,78 × 𝜋² 16 × [ 20000 − (−6790) 𝛾 + (𝑍𝑎 − 𝑍𝑏)] × 0,0044 × 0,0194 0,0194 − 0,0044 = 0,000287𝑚3/𝑠 = 1036,56𝐿/ℎ Quarta medida 𝑄 = √ 2 × 9,78 × 𝜋² 16 × [ 23000 − (−7200) 𝛾 + (𝑍𝑎 − 𝑍𝑏)] × 0,0044 × 0,0194 0,0194 − 0,0044 = 0,000205𝑚3/𝑠 = 741,25𝐿/ℎ Já as vazões reais obtidas foram as seguintes: Primeira medida 𝑄 = 3,87𝐿 10,26𝑠 = 0,377𝐿/𝑠 = 1357,89𝐿/ℎ Segunda medida 𝑄 = 3,81𝐿 10,10𝑠 = 0,3772𝐿/𝑠 = 1357,92𝐿/ℎ Terceira medida 𝑄 = 3,60𝐿 10,21𝑠 = 0,352𝐿/𝑠 = 1269,34𝐿/ℎ Quarta medida 𝑄 = 2,63𝐿 10,30𝑠 = 0,255𝐿/𝑠 = 919,22𝐿/ℎ Já com o tubo Venturi atuando como injetor de fertilizantes, foram obtidos os valores a seguir: De acordo com a pressão, os tempos para sucção do mesmo volume de água (500mL) eram alterados, sendo que os menores tempos eram obtidos nas menores pressões. Podem ser calculadas as vazões reais para cada pressão: 𝑄 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 (𝐿) 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 (ℎ) Primeira medida 𝑄 = 0,5𝐿 0,00381ℎ = 131,23 𝐿 ℎ Segunda medida 𝑄 = 0,5𝐿 0,00396ℎ = 126,26 𝐿 ℎ Terceira medida 𝑄 = 0,5𝐿 0,00414ℎ = 120,77 𝐿 ℎ Quarta medida 𝑄 = 0,5𝐿 0,00427ℎ = 117,09 𝐿 ℎ VENTURI COMO INJETOR DE FERTILIZANTES SOLÚVEIS Pa (Kgf/cm²) Pb (cmHg) Pb (kgf/cm²) V (L) t (s) T(h) 1º 1 -37 -0,720 0,5 13,72 0,00381 2º 1,5 -49 -0,666 0,5 14,26 0,00396 3º 2 -50 -0,679 0,5 14,91 0,00414 4º 2,3 -53 -0,503 0,5 15,4 0,00427 As vazões encontradas podem ser correlacionadas com as pressões (Pa e Pb), para então descobrir em qual valor de pressão se tem uma maior quantidade de fluido fertilizante sendo injetado no sistema. Ao correlacionar a vazão com a primeira pressão (Pa), observa-se que quanto maior a pressão, menor a vazão do sistema, o que é um dado equivocado, já que espera-se que com o aumento da pressão, se tenha um aumento na velocidade, interferindo diretamente no aumento da vazão. 105 110 115 120 125 130 135 1 1,5 2 2,3 V az ão ( L/ h ) Pressão A (Kgf/cm²) Relação da vazão com a pressão A Vazão Linear (Vazão) 105 110 115 120 125 130 135 -0,72 -0,666 -0,679 -0,503 V az ão ( L/ h ) Pressão B (Kgf/cm²) Vazão em relação a pressão B Vazão Linear (Vazão) A pressão negativa indica que a velocidade da água que passa pelo sistema é tão ata, que um vácuo foi criado, succionando o fluído externo e o distribuindo no sistema. Assim, quanto mais negativa a pressão, maior o vácuo e, consequentemente, maior o volume de fluido injetado no sistema. Também é possível correlacionar a vazão do tubo Venturi como injetor de fertilizantes com a vazão do tubo Venturi funcionando somente como medidor de vazão. Relacionando a vazão real do sistema by pass como medidor de vazão e a vazão do sistema como injetor de fertilizantes, é possível observar que a vazão no primeiro caso é muito superior que a vazão no segundo caso, indicando que existem perdas quando este é usado como injetor de fertilizantes. 5. Conclusão A partir dos resultados obtidos, foi possível observar que a medida que a pressão é aumentada, a vazão que passa pelo tubo Venturi também aumenta, pois esta influi diretamente na velocidade da água que passa pelo local. Também foi observado que quanto menor a pressão aplicada, menor o tempo gasto pelo tubo para succionar a mesma quantidade de água, o que é um resultado equivocado, já que espera-se que maiores valores de pressão impliquem em uma maior velocidade no sistema e assim, mais fortemente será o vácuo (pressãonegativa) provocado e mais fortemente o fluido fertilizante é sugado e maior o volume injetado no sistema. 131,26 126,26 120,77 117,09 1357,89 1357,92 1269,34 919,22 50 250 450 650 850 1050 1250 1 1,5 2 2,3 Vazão (L/h) P re ss ão ( K gf /c m ²) Vazão injetor X Vazão do medidor de vazão Medidor de vazão Injetor 6. Referências MONTEIRO, Cíntha Pavan; NONATO, Danielle; POIT, Klaus. Tubo de Venturi. 2015. Disponível em: <http://www.sorocaba.unesp.br/Home/Extensao/Engenhocas/relatorio- fisikana.pdf>. Acesso em: 14 nov. 2017.
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