Fenômenos De Transporte Experimental II

1. DISCUSSÕES E RESULTADOS

A experiência tem como objetivo determinar o perfil de velocidade para um escoamento de um dado fluido e sua vazão, sendo este escoamento considerado como em regime permanente. Para isto utilizaremos um medidor de velocidade conhecido como Tubo de Pitot. Um tubo de Pitot é um dispositivo comumente utilizado para determinar a velocidade deum escoamento. O dispositivo consiste no arranjo de duas partes: um tubo que, posicionadono sentido do escoamento, fica sujeito à pressão dinâmica imposta por este e uma aberturaparalela à direção do escoamento, sujeita à pressão estática deste. Através deste arranjo,obtém-se a diferença das pressões dinâmica e estática do escoamento Para obtermos tal perfil de velocidades, calcularemos a velocidade de escoamento do fluido em diversas alturas de uma mesma seção de corte. O fluido a ser estudado é o hexano.

A velocidade do escoamento é máxima no centro da tubulação e vai diminuindo até que se anula nas paredes. Isto se deve ao efeito de escoamento de fluidos viscosos em tubulações. É evidente que, da natureza geral dos efeitos viscosos, a velocidade de um fluido viscoso escoando em uma tubulação, não é a mesma em cada ponto da seção transversal. As paredes da tubulação exercem um retardamento sobre a camada mais externa do fluido, esta por sua vez age sobre a camada seguinte, e assim por diante, sendo este o motivo da distribuição de velocidades dita anteriormente.

No escoamento incompreensível, a Equação de Bernoulli pode ser usada para relacionar as variações da velocidade ao longo de uma linha de corrente por tal processo. Se a pressão estática é P2, em um ponto do escoamento em que a velocidade é v2, então a pressão de estagnação P1, onde a velocidade v1 é nula, pode ser calculada por:

(v22 – v12) /2 + (P2 – P1) / ρar + gΔz = 0 (1)

v2 = (2 (P1 – P2) / ρar)1/2 (2)

v2 = (2 (ρfluido.g.senα.L) / ρar)1/2 (3)

Primeiramente, o fluxo de ar passa através de todo o equipamento, dando início ao escoamento em toda tubulação. Foi então colocado o Tubo de Pitot no tubo onde se dá o escoamento, junto à parede superior.

Utilizando um manômetro diferencial de hexano, medimos a diferença entre a pressão de estagnação e estática. Com o auxílio de uma régua milimetrada, variamos ordenadamente a posição do Tubo de Pitot, de modo a obter valores da diferença de pressão para toda seção radial. Primeiro, movemos o Tubo de Pitot para dentro do tubo de escoamento, e tomamos a diferença na no comprimento das colunas de hexano do manômetro.

Dados:

Diâmetro do tubo de escoamento D1= 5,2cm

Fluido: hexano ; ρhexano = 644,88 kg/m3

ρar = 1.16 kg/m3.

Utilizando a equação (3), podemos calcular as velocidades em relação ao raio da tubulação, considerando o α, ângulo entre a régua milimetrada e o tubo, como sendo de 20,1º.

Tabela 01. Relação entre a variação do raio da tubulação e velocidade.

Variação do raio (m) Variação do comprimento L (m) Velocidade (m/s)

-0,026 0,025 9,24

-0,021 0,072 16,5

-0,016 0,093 18,8

-0,011 0,1 19,5

-0,006 0,1025 19,7

0 0,105 20,0

0,006 0,1025 19,7

0,011 0,101 19,6

0,016 0,0925 18,7

0,021 0,08 17,4

0,026 0,0375 11,9

Com estes dados, foi possível montar um gráfico da velocidade sobre a variação do raio:

Gráfico 01. Gráfico do perfil de velocidade nos pontos em que foram realizadas as medições.

Como queremos obter a vazão mássica, primeiramente temos que calcular a velocidade média por meio da seguinte equação:

vmédia = v1.(Δr1.v1) + v2.(Δr2.v2) + v3.(Δr3.v3) + v4.(Δr4.v4) + v5.(Δr5.v5) + v6.(Δr6.v6) + v7.(Δr7.v7) + v8.(Δr8.v8) + v9.(Δr9.v9) + v10.(Δr10.v10) + v11.(Δr11.v11)

Portanto, com o somatório