Laboratório de Mecânica dos Fluidos: Tubo de Venturi e Diafragma

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Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas

Engenharia Mecatrônica                                                                                                      Laboratório de Mecânica dos Fluidos

Relatório 4 – TUBO DE VENTURI E DIAFRAGMA

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Ribeirão Preto – 08/05/2016

1. INTRODUÇÃO

Giovanni Battista Venturi nasceu na cidade de Bibbiano localizada na província de Reggio Emilia na Itália. Foi professor da Escola de Engenheiros Militares de Modena e da Universidade de Pavia. Seu nome está ligado à pesquisa no campo da mecânica dos fluidos, no decurso da qual alcançou resultados significativos no estudo do movimento de líquidos em um canal convergente. Baseando-se nestes estudos, o físico americano Herschel desenvolveu o dispositivo de medição conhecido como tubo de Venturi, que tem uma constrição cónica na sua extremidade de saída e, através da aplicação do teorema de Bernoulli permite a medição da diferença de pressão entre a secção normal e a seção estrangulada.

Este instrumento é utilizado para medir a velocidade e, como consequência a vazão dos fluidos em tubulações. Dentre os medidores de obstrução, é o que apresenta menor perda de carga durante a aferição. Observe abaixo como podemos encontrar a velocidade e vazão utilizando a equação de Bernoulli.

A demonstração da segunda equação segue como o desenho abaixo:

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Pela equação de Bernoulli temos:

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Como os pontos estão na mesma altura então pode cortar os z:

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Depois disso, chamamos  de m:[pic 6]

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O termo  é chamado de Coeficiente de vazão (Cq), portanto:[pic 8]

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Para calcular a vazão volumétrica (Q) usamos Q = V.A, então temos a segunda equação de Bernoulli:

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O tubo de Venturi é constituído de um tubo horizontal, no qual seu diâmetro na entrada e na saída é igual ao da tubulação a qual se pretende medir a vazão. O fluido, de determinado peso especifico, entra com uma velocidade v1, onde posteriormente passará por um estreitamento de diâmetro menor que o da tubulação, com uma velocidade v2. Um manômetro faz a ligação da parte mais larga com a mais estreita do medidor. A variação da velocidade devido ao estreitamento do medidor é acompanhada também pela variação da pressão, onde essa diferença corresponde à pressão na região mais estreita menos a pressão na tubulação.

Dessa forma pode-se verificar que a velocidade no ponto do estreitamento é maior em relação ao da tubulação, devido à diminuição da área, porém ocorre também uma redução da pressão nessa região.

Dentre as vantagens deste instrumento podemos destacar o fato de ele poder ser instalado na maior parte dos condutos, ser resistente a abrasão, além de poder ser utilizado para a maioria dos fluidos, dentre os quais até aqueles que contêm sólidos uma vez que não há depósito de impurezas no tubo.

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

Além do tubo de Venturi, existe também outro tipo de medidor de vazão que é o diafragma, conhecido também por placa de orifício. É um dos métodos mais usados para medição de fluxos. Dados de entidades da área de instrumentação mostram que, nos Estados Unidos, cerca de 50% dos medidores de vazão usados pelas indústrias são desse tipo. 

Diafragma é um disco circular utilizado para medir pressões geralmente de pequenas amplitudes. É uma membrana fina de material elástico, metálico ou não, que fica sempre oposta à uma mola. Quando o fluido se aproxima da placa ocorre um aumento na pressão, causando um deslocamento na membrana até um ponto onde a força da mola se equilibrará com a força elástica do diafragma, porém há uma queda na mesma, assim que o liquido passa pelo orifício. Este deslocamento resultante é transmitido a um ponteiro que mostra a medição efetuada. A pressão na região após o orifício, será menor que o da área antes da placa. A diferença de pressão que ocorre entre esses dois pontos é denominado perda de carga e a principal importância deste medidor é o de poder dimensionar bombas e outros dispositivos, além de demais elementos da tubulação.