Tubo De Pitot

rojeto de Física II

Tubo de Pitot

Engenharia Ambiental

Junho/2013

Aline Cristine

Bruno Machado

Gabriel da Franca

Ivan Berlim

Vitor Nakamoto

I. Objetivo

O objetivo deste projeto era montar um tubo de Pitot, para que conseguíssemos medir a velocidade de um fluido, neste caso a água. Buscou-se também criar um projeto que além de obter um resultado esperado, servisse como conhecimento didático a outros estudantes. Teve-se o cuidado de utilizar materiais recicláveis e de fácil obtenção.

II. Introdução

Em muitos estudos de escoamentos é fundamental determinar o módulo e a direção da velocidade do fluido em alguns pontos da região estudada. Apesar de ser impossível a obtenção da velocidade exata num ponto, pode-se determinar a velocidade média numa pequena área ou volume com o auxílio de alguns instrumentos adequados.

Existem muitos métodos para a determinação da velocidade dos fluidos, entre eles podemos listar: medir o tempo que uma partícula leva para percorrer uma distância conhecida; medir a rotação de uma hélice introduzida no escoamento; medir a variação da resistência elétrica pelo resfriamento de um condutor elétrico introduzido no escoamento; identificar a diferença entre a pressão total e a estática, método introduzido por Henri Pitot em 1732, sendo este um dos mais utilizados.

Henri Pitot nasceu em Aramon, França, em 1695 e foi um importante engenheiro especializado em hidráulica. Começou os seus estudos em matemáticas e astronomia em Paris, tornando-se logo mais assistente do físico Réaumur em 1723. Em 1724 foi nomeado membro da Academia das Ciências de França.

Pitot começou a se interessar por fluídos e testou vários de seus projetos e teorias no Rio Sena, até que inventou em 1732 um dispositivo para medir a velocidade com que o fluido se movia, conhecido hoje por tubo de Pitot, ou ainda pitômetro.

O tubo de Pitot é um instrumento de medição que mede a velocidade de fluidos em modelos físicos em laboratórios de hidráulica, em laboratórios de aerodinâmica e também na hidrologia para a medição indireta de vazões em canais e rios, em redes de abastecimento de água, em adutoras, em oleodutos e ainda a velocidade dos aviões, medindo a velocidade de escoamento do ar.

 Determinando o perfil de velocidade em uma tubulação:

Figura 1: Tubo de Pitot em uma tubulação

Sendo assim, a equação de Bernoulli aplicada entre os pontos 1 e 2, é a seguinte:

Equação 1

E sendo a equação do manômetro diferencial, ou Tubo de Pitot, neste caso:

Ou

Equação 2

Então das equações 1 e 2, têm-se a equação 3:

Ou ainda de forma mais simples:

 À respeito do Tubo de Pitot. . .

No caso dos aviões, o tubo de Pitot atua como um sensor de pressão que possibilita o funcionamento de um dos mais importantes instrumentos, o velocímetro. Basicamente, é um tubo instalado paralelamente ao vento relativo e com um orifício voltado diretamente para o fluxo de ar resultante da velocidade aerodinâmica da aeronave (Ver figura 1). Esse orifício se comunica com o interior de uma cápsula

aneroide, instalada no velocímetro da aeronave. A caixa do instrumento recebe a pressão estática do ar de uma fonte estática, que não é afetada pela variação de velocidade da aeronave.

Figura 1 – Tubo de Pitot instalado sob a asa de um avião.

Quando a aeronave está estacionária e não há vento relativo, nem real, a pressão que entra pelo orifício do Pitot é somente a pressão atmosférica estática. A cápsula aneróide permanece então em uma posição neutra e a velocidade indicada é zero. Quando a aeronave se desloca na massa de ar, o vento relativo causa um aumento na pressão de ar admitida pelo orifício do tubo de Pitot, em relação à pressão estática, e essa "pressão de impacto", somada à pressão estática, faz a cápsula aneroide expandir. O movimento de expansão da cápsula é transmitido aos ponteiros do velocímetro por hastes e engrenagens, do tipo setor e pinhão, o que faz o ponteiro se movimentar, indicando ao piloto a velocidade da aeronave.

Na teoria o processo é bem simples, porém na prática é muito mais complicado. Isso porque, um avião não voa em ambientes de pressão constante e, portanto, a densidade do ar varia. Outro fator que complica é que a partir de determinada velocidade (250 Knots) as equações mais utilizadas de forma simplificada na física não funcionam, sendo necessário considerar efeitos de compressibilidade decorrentes da alta velocidade.

Outra questão a ser considerada é o local onde é instalado o tubo e os problemas que uma instalação errada pode causar, por exemplo, obstruções por gelo, água ou objetivos estranhos. Para evitar o acúmulo de água, os tubos são equipados com drenos, já o gelo é um problema maior e para a solução deste, os tubos de Pitot geralmente possuem um sistema de aquecimento por resistência elétrica. Porém, condições de gelo tais como a presença, nas nuvens, de água em estado de sobrefusão podem tornar inúteis os melhores sistemas de aquecimento do tubo.

A obstrução dos tubos de Pitot podem ter efeitos muito mais graves que a simples falta de indicação de velocidade. Os sistemas de automação e de alerta das aeronaves dependem de dados corretos de velocidade para funcionar. Se os dados de velocidade deixarem de funcionar corretamente, o mesmo ocorre com o piloto automático. Caso não se desconecte sozinho, os pilotos devem desconectá-lo e passar a voar a aeronave manualmente.

Nesse caso, o piloto felizmente ainda tem condições de voar a aeronave, pilotando por atitude, baseando-se a olho nu, para o horizonte natural da Terra, ou para o indicador de atitude, e ignorar os alarmes falsos.

Porém, o mal funcionamento deste aparelho aliado a falta de preparo de alguns pilotos podem ser fatais. O acidente do voo Air France 447, ocorrido em junho de 2009 no Oceano Atlântico, quando voava do Rio de Janeiro para Paris é um exemplo. A aeronave apresentou diversas falhas de indicação de velocidade. Como