Relatório de ensaio tubo de venturi

Relatório de ensaio tubo de venturi

(Parte 1 de 2)

Universidade São Judas Tadeu Engenharia Mecânica

1 - INTRODUÇÃO - Alexandre Candido dos Santos – RA:200508453

O tubo Venturi, foi idealizado pelo cientista italiano Venturi em 1791 e usado como medidor de vazão em 1886 por Clemens Herschel, sendo constituído por um bocal convergente - divergente (figura 1).

O medidor Venturi (ABNT, 1988) tem uma forma que tenta imitar os padrões de escoamento através de uma obstrução carenada em um tubo. O medidor clássico, ou de Herschel, é raramente usado, pois é muito grande tornando-o inconveniente para instalações industriais além de ser caro para fabricação. Uma facilidade é que os medidores de Venturi são autolimpantes devido sua superfície interna ser lisa. O Venturi moderno consiste de uma seção de admissão de bocal de escoamento padrão e uma expansão de saída cônica não maior que 30º e sua faixa de nº de Reynolds recomendada é de 1,5x105 a 2x105.

O medidor Venturi é constituído de uma seção a montante do mesmo diâmetro do conduto, que através de uma seção cônica convergente (ângulo geralmente de 20 a 30º); o leva a uma seção mínima, garganta do Venturi, e através de uma seção cônica divergente (ângulo geralmente de 5 à 14º) gradualmente retorna ao diâmetro do conduto.

O difusor cônico divergente gradual à jusante da garganta fornece excelente recuperação da pressão; e isto garante uma pequena perda de carga neste tipo de aparelho, perda geralmente compreendida entre 10 a 15 por cento da carga de pressão entre as seções (1) e (2).

  • Deve-se salientar que este tipo de aparelho é relativamente caro em relação, por exemplo, a um medidor tipo placa de orifício, porém, por propiciar pequena perda de carga é recomendado para instalações onde se tem uma vazão de escoamento elevada e onde se deseja um controle contínuo. Para se diminuir o custo do medidor Venturi o mesmo é construído com ângulos maiores que chegam à 30º e 14º, respectivamente no convergente e divergente.

Dados experimentais mostram que os coeficientes de descarga para os medidores de Venturi variam de 0, 980 a 0, 995 para nº. de Reynolds elevados ( Re > 2x105).

O medidor de Venturi, assim como a placa de orifício, produz diferenciais de pressão proporcionais ao quadrado da vazão em massa. Na prática o tamanho do medidor deve ser escolhido de modo a acomodar a maior vazão esperada.

Figura 1

2 - CURIOSIDADES Daniel Lopes Costa RA: 200414442

QUEM FOI GIOVANNI BATTISTA VENTURI (1746 - 1822) ?

Venturi foi um físico Italiano nascido em Bibiano, hoje Reggio nell'Emilia, ordenado padre aos 23 anos e cuja mais importante criação foi o dispositivo hidráulico tubo de Venturi. Discípulo de Luigi Spallanzani, ordenou-se sacerdote (1769), e neste mesmo ano foi indicado para ensinar lógica no seminário de Reggio Emilia.

Estudou física e química em Paris e, posteriormente, foi professor de física experimental na Escola de Engenheiros Militares de Modena até passar a ensinar geometria em 1774 na Università di Modena. Em 1776, tornou-se professor de física em Pávia. Neste período iniciou sua atividade científica como pesquisador em mecânica, hidráulica, meteorologia, eletricidade, ótica e acústica. Em 1797 publicou Recherches expérimentales sur le principle de comunication latérale dans fluides, no qual descreve os princípios de um importante dispositivo hidráulico para determinação da velocidade média do escoamento, o tubo de Venturi. Ele observou que, em um tubo dotado de um setor estrangulado e pelo qual escoa um fluido, existe uma diferença de pressão entre o setor estrangulado e setor de seção constante maior na entrada do setor estrangulado e menor na saída desse mesmo setor. Estudioso do comportamento dos fluidos escoando através de orifícios e bocais, principalmente em relação às contrações e expansões, também pesquisou sobre ressaltos hidráulicos. Contemporâneo de Leonhard Euler e Daniel Bernoulli, publicou um livro sobre história da ótica, Commentari sopra la storia e le teorie dell'ottica, Bologna em 1814 e valiosos trabalhos sobre Leonardo da Vinci e Galileo Galilei: Essai sur les ouvrages phisico-mathematiques de Leonardo da Vinci em Paris (1797) e Memorie e lettere inedite finora o diperse di Galileo Galilei em Modena, em 2 volumes (1818-1821). Em 1882 Venturi morreu em sua cidade natal.

Tubo de Venturi Daniel Lopes Costa RA: 200414442

O tubo de Venturi é constituído por nós, um convergentes e outro divergente, unidos por uma parte cilíndrica denominada "pescoço" de Venturi. A redução de diâmetro no "pescoço" cria uma perda de carga, dado que a pressão em um ponto do "pescoço" é inferior que a pressão antes do mesmo; veja na figura abaixo um tubo de Venturi em corte.

Algumas aplicaçõesDaniel Lopes Costa RA: 200414442

O tubo de Venturi é utilizado para misturar uma pulverização fina de um gás junto com um liquido, como acontece no carburador de um motor a combustão. A gasolina da câmara de flutuação e pulverizada em finas gotas quando é aspirada na forma de um jato, devido a baixa pressão na garganta do tubo de Venturi por onde tem de passar antes de ser misturada com o ar.

Esquema de um tubo de Venturi com tomadas de pressão estática dentro e fora do estrangulamento.

O desenho acima, mostra um tubo de Venturi onde dois tubos pequenos são inseridos, um no estreitamento e outro na parte mais larga. Podemos ver que o nível do flúido nos tubos pequenos é diferente. Esse fluido está sendo sugado pra cima graças à diminuição da pressão estatica. O carburador faz com que o combustível entre no tubo bem no estreitamento e ali mesmo ele é pulverizado pelo ar que passa com uma velocidade alta.

Um outro exemplo, é a passagem de ar supersônico através de um convergedor-divergedor de Venturi (ver figura abaixo) utilizados em aviões de altas velocidades, como os caças.

3 - OBJETIVOSCarlos Eduardo Vasconcelos RA: 200508827

O tubo de venturi é um tubo horizontal, dotado de um estrangulamento, reduzindo a área de passagem do fluído para que seja medido o diferencial de pressão no estrangulamento em relação o tubo normal.

Com o tubo de venturi podemos explorar a equação de Bernoulli e podemos medir a vazão real da tubulação baseando-se na queda de pressão provocada pelo estrangulamento.

Observe que o ar acelera no estreitamento (maior pressão dinâmica), provocando uma sucção no canudo (redução da pressão estática), que conseqüentemente pulveriza a água no interior do tubo. Esse sistema é muito utilizado nos carburadores de motores a explosão, onde o ar que entra é misturado ao combustível pulverizado pelo tubo de Venturi e se dirige para os tubos de admissão.Você pode ver um carburador de motosserra nas duas fotos a seguir:

Foto do carburador 1 - este é o lado que se conecta ao motor

Foto do carburador 2 - este é o lado que recebe o ar externo através do filtro de ar

Aqui estão as peças de um carburador:

  • um carburador é, essencialmente, um tubo;

  • há uma chapa ajustável atravessada no tubo chamada borboleta de aceleração, que controla quanto de ar pode fluir através do tubo. Você pode ver a borboleta ou válvula circular de latão na foto 1;

  • há um estreitamento em determinado ponto do tubo, chamado venturi, em que nesse estreitamento é criado uma depressão. O venturi está visível na foto 2;

  • neste estreitamento, há um orifício, chamado glicê (do francês gicleur), que permite a vazão do combustível sugado pela depressão. Você pode ver o glicê na lateral esquerda do venturi na foto 2.

Em resumo, nos condutores de seção variável, nas regiões mais estreitas, a pressão é menor e a velocidade de escoamento é maior.

3 - MATERIAL UTILIZADODaniel Lopes Costa RA: 200414442

Cronômetro:

Bomba d’água:

Caixas de água:

Reservatório com régua para medir volume:

Tubo de Venturi:

Diâmetro maior: Ø 39,00 mm

Diâmetro menor: Ø 22,00 mm

Manômetro:Tubulação de passagem d´água

4-METODOLOGIA EXPERIMENTAL Daniel Lopes Costa RA: 200414442

1Primeiramente, ligamos a bomba de água do sistema e regulamos a vazão da água para o máximo através da válvula instalada na tubulação conforme figura abaixo;

2Com a vazão máxima, realizamos a primeira medição do experimento; anotamos a leitura do diferencial de altura das duas colunas de mercúrio do manômetro de venturi para determinar a pressão e utiliza-la futuramente nos cálculos;

3 – Feito esta leitura, medimos o volume através da quantidade de água que enchia o tanque de bancada, verificando a altura na escala fixada no tanque e paralelamente cronometramos o tempo desta epata;

4 – Por mais 6 vezes, diminuímos a vazão do sistema através da válvula de controle e repetimos as operações 2 e 3, anotando os devidos valores para realização dos cálculos solicitados no experimento;

5 – DADOS E RESULTADOS OBTIDOS:

Alessandro G. Santos RA: 200504409

Tubo de Venturi

D1 = 39(mm) ou 0,039 m

D2 = 22(mm) ou 0,022 m A2 = πD2A2 = 3,801327.10-4

γhg = 136.000 N/m3 4

γh2O= 10.000 N/m3

Área do Reservatório = 760 . 760 . 960 (mm)

Volume = 760 . 760 . 50 (mm3) ou 0,02888 m3

H

Tempo (s)

QR (m³/s)

h (mm)

QT (m³/s)

CD

Re

1

14,95

0,0019317

170

0,00259920

0,7570

111796,219

2

16,09

0,0017899

165

0,00256091

0,6989

103589,200

3

16,94

0,0017001

132

0,00229054

0,7422

132563,200

4

18,81

0,0015311

110

0,00209095

0,7322

121014,251

5

21,91

0,0013144

81

0,00179430

0,7325

76073,800

6

31,47

0,0009151

39

0,00124504

0,7350

52967,200

6 – CÁLCULOS: Alessandro G. Santos RA: 200504409

Medida 01

Velocidade Teórica no ponto 2

_________________

V2T = 2gh (γhg – γh2O)

γh2O____________

1 – (D2)

(D1)

_________________________

V2T = 2*9.8*0,170*(136000–10000)V2T= 6,8382 (m/s)

10000____

1 – (22)4

(39)

Vazão Teórica

QT = V2 . A2

QT = 6,8382 . 3,801327.10-4

QT = 0,00259920 (m³/s)

Vazão Real

QR = Volume QR = 0,0288 QR = 0,0019317 (m³/s)

Tempo 14,95

Velocidade Real no ponto 2

V2R = QR V2R = 0,0019317 (m³/s) V2R = 5,0816 (m/s)

A2 3,801327.10-4 (m2)

Coeficiente de Descarga

CD = QR CD = 0,00193171 CD = 0,757

QT 0,00259920

Reynolds:

Re = ρVD ou Re=VD

µ υ

Re = 5,0816.(0,022) Re = 111796,219 fºlºtº

10-6 (m2/s)

Medida 02

Velocidade Teórica no ponto 2

_________________

V2T= =√ 2gh (γhg – γh2O)

γh2O____________

1 – (D2)4

(D1)

_________________________

V2T = 2*9.8*0,165*(136000–10000)V2T= 6,7368 (m/s)

10000_____

1 – (22)4

(39)

Vazão Teórica

QT = V2 . A2

QT = 6,7368 . 3,801327.10-4

QT = 0,00256091 (m³/s)

Vazão Real

QR = Volume QR = 0,0288 QR = 0,0017899 (m³/s)

Tempo 16,09

Velocidade Real no ponto 2

V2R = QR V2R = 0,0019317 (m³/s) V2R = 4,7086 (m/s)

A2 3,801327.10-4 (m2)

Coeficiente de Descarga

CD = QR CD = 0,00178990 CD = 0,6989

QT 0,00256091

Reynolds:

Re = ρVD ou Re=VD

µ υ

Re = 4,7086.(0,022) Re = 103589,200 fºlºtº

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