TUBO DE PITOT

UNIVERSIDADE BANDEIRANTE DE SÃO PAULO

Campus OS

28 – Eder Pereira

30 – Elvis P. R. Nunes

40 – Henrique dos Santos

62 – Marcos P. Aragão

Engenharia Mecatrônica– 2º ano

Sala – Laboratório de Energia e Fluidos

RELATÓRIO DA EXPERIÊNCIA Nº 2

DETERMINAÇÃO DA VAZÃO POR MEIO DE TUBO EM U

OSASCO

2010

Indice

Introdução ................................................................................................................3

Procedimento ...........................................................................................................6

Cálculo ...................................................................................................................10

Conclusão ..............................................................................................................12

Bibliografia .............................................................................................................13

• Introdução

1. Objetivos da Experiência:

Os objetivos dessa prática de laboratório são:

- Familiarização do uso dos diversos manômetros disponíveis no Laboratório de Energia e

Fluidos (manômetro diferencial de tubo em U, manômetro de Bourdon e vacuômetro);

- Aplicação da medição de pressão para a determinação da vazão.

2. Resumo da Teoria

-Vazão em volume

A vazão em volume, ou vazão volumétrica, é o volume de fluido que passa por uma determinada seção transversal por unidade de tempo, dada pela equação a seguir:

(1)

Em que:

Q: vazão volumétrica, em m³/s;

V: volume coletado em um intervalo de tempo, em m³;

t: intervalo de tempo, em s.

-Equação do medidor de vazão de placa de orifício

A figura 1 apresenta um esquema de um medidor comercial de placa de orifício e a figura 2 mostra o medidor de placa de orifício do laboratório.

Figura 1 – Esquema de um medidor comercial de placa de orifício

Figura 2 – Detalhe do medidor de placa de orifício com o manômetro diferencial de tubo em U do laboratório

A equação da vazão do medidor de placa de orifício tem a seguinte forma:

(2)

Em que:

Q = vazão em volume, em m³/s

A1 = área da seção transversal da tubulação, em m²

g = aceleração da gravidade, em m/s²

(P1 – P2) = diferença de pressão entre os pontos 1 e 2 do manômetro de tubo em U (ver figura 2), em Pa

H2O = peso específico da água na temperatura do experimento, em N/m³

C = coeficiente de descarga, adimensional (C = 0,70)

 = coeficiente de geometria do sistema, adimensional.

Lembrando-se que:

A1 = .D1² / 4 (3)

Em que

D1 = diâmetro da tubulação onde está instalada a placa, em m.

A diferença de pressão entre do manômetro de tubo em U é dada por:

(P1 – P2) = (Hg – H2O).h (4)

Em que:

Hg = peso específico do mercúrio, em N/m³

H2O = peso específico da água, em N/m³

h = desnível da coluna de mercúrio, em m.

O coeficiente de geometria do sistema é dado por:

 = (D1 / D2)4 – 1 (5)

Em que

D2 = diâmetro da placa de orifício, em m.

• Procedimento

1. Cuidados Básicos durante o manuseio dos Instrumentos:

-Mãos limpas. Limpe as peças e os instrumentos a serem utilizados.

-Segure corretamente e com suavidade os instrumentos.

-Após o uso, limpe as peças e os instrumentos.

2. Materiais e Métodos

Os equipamentos e procedimentos experimentais são apresentados a seguir.

-Materiais

A figura 3 apresenta o Painel Hidráulico do Laboratório de Energia e Fluidos da Uniban, utilizado para a realização deste experimento.

Figura 3 – Painel Hidráulico do Laboratório de Energia e Fluidos da UNIBAN

A seguir são listados os acessórios que constituem o painel hidráulico do Laboratório:

1 – bomba centrífuga (potência de 0,75 kW)

2 – manômetro de vácuo

3 – botão de acionamento da bomba

4 – manômetro de Bourdon

5 – registro gaveta

6 – registro globo

7 – tubulação de cobre de 26 mm de diâmetro interno

8 – tubulação de cobre de 26 mm de diâmetro interno

9 – manômetro de Bourdon

10 – tubulação de cobre de 40 mm de diâmetro interno

11 – medidor de vazão de placa de orifício de 20 mm de diâmetro do orifício

12 – tubulação de cobre de 64 mm de diâmetro interno

13 – tubo de pitot para medição de velocidade de 2 mm de diâmetro interno

14 – manômetro de tubo em U

15 – piezômetro

16 – registro gaveta

17 – reservatório de corante

18 – registro gaveta

19 – reservatório de água com as dimensões: 30 cm x 30 cm x 90 cm de altura

20 – agulha de injeção de corante

21 – torneira para descarte de água

23 – mangueira

24 – reservatório baixo de água

25 – registo gaveta

26 – registo gaveta

27 – registo gaveta

28 – ladrão

29 – comando com by-pass

30 – válvula de retenção

31 – saída com 17 mm de diâmetro interno e válvula esfera

32 – válvula com ralo

-Método Experimental

1-Fechar os registros (5), (6), (16) e (26) e abrir totalmente os registros (18), (25) e (27);

2-Ligar a bomba (1) apertando o botão (3);

3-Regular a pressão na saída da bomba, conforme tabela 2, fechando o registro (27) e observando o manômetro (4);

4-Medir o desnível h do manômetro (14) da placa de orifício;

5-Preencher a tabela 2 com os dados obtidos nesse experimento;

6-Repetir o procedimento voltando ao item (3) acima;

7-Medir a temperatura da água do reservatório;

8-Desligar a bomba quando tiver terminado o experimento.

3. Resultados Obtidos

Obter o peso específico da água na temperatura do experimento utilizado os dados de propriedades da água constantes na tabela 1.

Tabela 1 – Propriedades da água à pressão atmosférica padrão

Temperatura

(ºC) 

(kg/m³) 

(N/m³) 

(Pa.s)

10 1000 9810 0,00130

15 1000 9810 0,00150

20 998 9790 0,00102

25 997 9780 0,000891

30 996 9770 0,000800

35 994 9750 0,000718

Fonte: Mott, R.L., Applied Fluid Mechanics, 5ª Ed. Ed. Prentice-Hall (2000)

Foi adotado como temperatura padrão para o experimento 25°C, logo utilizaremos o peso específico da água o valor de 9780 N/m³.

Tabela 2 – Planilha para o roteiro de cálculo das vazões no medidor de placa de orifício e na saída da bomba.

P4

(kPa) (*)

(manômetro 4) h

(mm)

(desnível coluna U) P1 – P2

(N/m²)

(Eq. 4) Q

(m³/s)

(Eq. 2)

0,0 60 7573,2 0,00090

100 40 5048,8 0,00072

200 28 3534,16 0,00060

(*) 100 kPa = 1,02 kgf/cm²

Observação: h é o desnível total entre os meniscos de mercúrio. O menisco é a superfície curva do fluido no tubo do manômetro.

• Cálculo

1. Cálculo de Vazão:

-Com os dados da tabela 2 podemos calcular o diferencial de pressão (P1-P2) utilizando a equação 4:

Hg = 136000 N/m³

H2O = 9780 N/m³

(P1 – P2) = (Hg – H2O).h (4)

Para desnível da coluna U de 0,06m:

‘

(P1 – P2) =(136000-9780).0,06

(P1 – P2) =7573,2 N/m²

Para desnível da coluna U de 0,04m:

(P1 – P2) = (Hg – H2O).h

(P1 – P2) =(136000-9780).0,04

(P1 – P2) =5048,8 N/m²

Para desnível da coluna U de 0,028m:

(P1 – P2) = (Hg – H2O).h

(P1 – P2) =(136000-9780).0,028

(P1 – P2) =3534,16 N/m²

-Em seguida calculamos o coeficiente de geometria do sistema () dado pela equação 5:

D1 = 0,04m

D2 = 0,02m

 = (D1 / D2)4 – 1 (5)

 =(0,04/0,02)4 – 1

 =15

-Agora vamos calcular a área de seção transversal da tubulação (A1) dada pela equação 3:

D1 = 0,04m

A1 = .D1² / 4

A1 = (.0,04²) / 4

A1 = 0,00126 m2

-Após obtermos todos os dados necessários para utilizar a equação da vazão do medidor de placa de orifício, conseguimos calcular a vazão através da equação 2:

C = 0,70

g = 9,8m/s²

Para pressão no manômetro bourdon item 4 conforme lista de acessórios do painel hidráulico de 0,0 kPa (vide tabela 2) temos a seguinte vazão:

Para pressão no manômetro bourdon item 4 conforme lista de acessórios do painel hidráulico de 100 kPa (vide tabela 2) temos a seguinte vazão:

Para pressão no manômetro bourdon item 4 conforme lista de acessórios do painel hidráulico de 200 kPa (vide tabela 2) temos a seguinte vazão:

• Conclusão

Observamos que os objetivos da experiência foram atingidos com êxito, com a captação de boas leituras no manômetro de tubo em U foram realizados os cálculos necessários para se obter as vazões, visto que este método de medição de vazão pode ser eficiente desde que se tenha maior precisão na coleta dos dados, além de uma utilização correta dos equipamentos que possuímos no painel hidráulico do laboratório.

Para que a vazão fosse calculada, foi utilizado o método da placa de orifício instalada na tubulação juntamente com o manômetro de tubo em U, que quando submetidos a diversas pressão na linha nos da um diferencial de pressão e nos possibilita a calcular a vazão através da equação de vazão da placa de orifício. Primeiramente a tubulação foi submetida a uma pressão de 0 kpa, onde foi obtido um diferencial de pressão no tubo em U de 60mm de coluna de mercúrio tendo assim uma vazão de Q=0,00090m³/s, em seguida a pressão foi ajustada para 100 kpa, onde pudemos ler um diferencial de 40mm de coluna de mercúrio e através da equação a vazão foi calculada em Q= 0,00072m³/s, e por último foi ajustado o manômetro da linha em 200 kpa, que deu um diferencial de 28mm de coluna de mercúrio onde a vazão foi calculada em 0,00060m³/s.

Pode ser notado que quanto maior a pressão menor a vazão, pois quando se aumenta a pressão está fechando uma válvula e obstruindo assim a passagem livre de qualquer matéria dentro da tubulação.

• Bibliografia

- Barros Neto, B., Scarmínio, I.S., Bruns, R.E. Como Fazer Experimentos. 1a Edição. Campinas: Editora da Unicamp. 2001.

- Brunetti, F. Mecânica dos Fluidos, 1ª Edição. São Paulo: Editora Pearson Prentice-Hall. 2005.

- Fox, R.W., McDonald, A.T., Pritchard, P.J., Introdução à Mecânica dos Fluidos. Rio de Janeiro: Editora LTC. 2004.