O Experimento Tubo de Pitot

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

LABORATÓRIO DE PROCESSOS QUÍMICOS

 

 

 

TUBO DE PITOT

Abril/2018

1 OBJETIVO

Foi realizado um experimento no laboratório de processos químicos, utilizando o tubo de Pitot, que visava o estudo dos perfis de velocidade do escoamento de água através de dutos cilíndricos. O intuito do experimento foi aplicar os conceitos aprendidos em disciplinas anteriores e comparar os dados obtidos experimentalmente em laboratório com os dados obtidos através das equações contidas na literatura.

2 RESULTADOS E DISCUSSÕES

                                                        

2.1 Dados Experimentais, Parâmetros e Análises

A tabela 1 indica as características do sistema adotadas para a realização dos cálculos:

Tabela 1: Características do sistema.

Diâmetro tubo(m)	Gravidade (m/s²)	Densidade Hg (kg/m³)
0,022	9,81	13600

                                 

Através dos equipamentos disponibilizados foram medidas três vazões diferentes (válvula de recirculação aberta, meio-aberta e fechada) e calculadas a queda de pressão para a tubulação e para diferentes posições do tubo de Pitot.

Para os escoamentos realizados foi medida a vazão mássica (ṁ) através da       Equação  1:  W = m/ Δt; onde m é a massa de água em quilogramas (kg) armazenada no galão e Δt o tempo em segundos (s) decorrido para encher o balde com aquela massa de água. Como foram realizadas duas medições para cada vazão, foram obtidas as seguintes médias de vazão mássica:

Tabela 2: Médias de Vazão mássica

Medida	Vazão mássica 1  (kg/s)	Vazão mássica 2 (kg/s)	Vazão mássica 3  (kg/s)	Vazão mássica média (kg/s)
1 (aberta)	0,77782	0,77343	0,78536	0,77887
2 (meio aberta)	0,83587	0,84326	0,83768	0,84
3 (fechada)	1,91149	1,90511	1,96733	1,927977

 

A partir da Tabela 3, no apêndice, realizou-se a interpolação linear de dados indicados na literatura, e foram calculadas a densidade e a viscosidade da água para as diferentes temperaturas:

Tabela 4: Temperaturas ,viscosidade dinâmica  média e densidade

Medida	T inicial (°C)	T final    (°C)	T média (°C)	μ ( kg / m·s)	Densidade (kg/m³)
Aberta	21	29	25	0,000891	997,07
Meio aberta	29	34	31,5	0,000773	995,25
Fechada	34	37	35,5	0,000713	993,9

         

Na determinação do Regime de Escoamento efetuamos o cálculo do número de Reynolds de acordo com a equação abaixo:

 

[pic 1]                   

Onde Q é a vazão mássica de cada um dos três escoamentos, D o diâmetro do tubo (no caso, 0.022m), e μ é a viscosidade média da água para as médias das temperaturas aferidas, calculada pelas interpolações anteriores. Nos cálculos, os valores utilizados foram obtidos no procedimento experimental e os resultados do número de Reynolds para cada situação 1,2 e 3, encontram-se demonstrados na tabela 9

Utilizando-se a Equação 7 apresentada e com o auxílio do software Excel®, calculamos o número de Reynolds e, com esse resultado julgamos o Regime de Escoamento como turbulento ou laminar como podemos observar na tabela 9 abaixo:

Tabela 9: Dados iniciais de vazão mássica e viscosidade, número de Reynolds e determinação do tipo de regime de escoamento.

	Vazão Mássica [Kg/s]	Viscosidade [Kg/ m.s]	Reynolds	Regime de Escoamento
1 - aberta	0,77887	0,000891	50591,16846	Turbulento
2 - meio aberta	0,84	0,000773	62811,20425	Turbulento
3 - Fechada	1,927977	0,000713	156604,538	Turbulento

A seguir, realizou-se os cálculos das diferenças de pressão e da velocidade de escoamento a partir da variação da altura, através das equações  abaixo:

[pic 2]        [pic 3]

  Na tabela abaixo, temos que  R é o raio do tubo (0,011m), r é o ponto de medição do tubo de Pitot,  Δh é a diferença entre as colunas de mercúrio, ΔP é a diferença de pressão calculada u é a velocidade experimental, u+ é a velocidade adimensional, u*  é a velocidade de atrito, u é a velocidade média na direção x, y+ é a distância adimensional, u teórico é a velocidade teórica. Estes parâmetros são calculados com as seguintes equações: