Relatório 5 de Laboratório de Mecânica dos Fluidos

...tubo em questão. Introdução Diversos são os métodos e os instrumentos utilizados para medição de vazão em condutos sob pressão e canais artificiais ou naturais, dentre os quais destacam-se os tubos de Pitot, Plandtl, Darcy, Darcy-Cole e Recknagel e os molinetes e micro-molinetes. Com o desenvolvimento tecnológico dos transdutores de pressão e dos sistemas informatizados de aquisição e tratamento de dados, está se buscando desenvolver um instrumento que conectado ao sistema de aquisição possibilita a medição de vazão através da determinação da velocidade do escoamento mediante a aquisição, em tempo quase real, das pressões totais e estáticas do escoamento em diversas seções do conduto ou canal. Os medidores de vazão apresentam-se sob diversas formas, utilizando diferentes princípios de medição. Em uma ampla categoria podem-se enquadrar os geradores de diferencial de pressão, também chamados deprimogênios, que são os mais antigos, exceção feita ao método primário de medição direta de volume em um certo tempo. Nesta categoria os mais conhecidos são os medidores de Venturi, de bocal e o de placa de orifício. Outros medidores particulares aparecem nesta classificação, como o de joelho 90º, de obstáculo triangular (wedge), orifício anular e outros de uso mais restrito. Baseados em princípios diversos, pode-se ter uma série de outros medidores como o medidor de turbina, rotâmetro, de vórtice, Coriolis, magnético, etc. Medidores de Diferencial de Pressão O princípio de funcionamento baseia-se no uso de uma mudança de área de escoamento, através de uma redução de diâmetro ou de um obstáculo, ou ainda através de uma mudança na direção do escoamento. Estas mudanças de área ou de direção provocam uma aceleração local do escoamento, alterando a velocidade e, em conseqüência, a pressão local. A variação de pressão é proporcional ao quadrado da vazão. São medidores já bastante conhecidos, normalizados e de baixo custo. Estima-se que abranjam 50% de utilização na medição de vazão de líquidos. São compostos de um elemento primário e um elemento secundário. O elemento primário está associado à própria tubulação, interferindo com o escoamento e fornecendo o diferencial de pressão. O elemento secundário é o responsável pela leitura deste diferencial e pode ser um simples manômetro de coluna líquida, em suas diferentes versões, ou até mesmo um transdutor mais complexo, com aquisição e tratamento eletrônico do valor de pressão lido. Equações para o Cálculo da Vazão As equações para o cálculo da vazão podem ser obtidas genericamente para os dois medidores utilizados e ainda outros baseados no mesmo princípio. Aplica-se a Equação da Conservação da Massa, bem como a Equação da Conservação da Energia, sendo esta última na sua forma simplificada, que é a Equação de Bernoulli. Assim para o escoamento através de uma redução de área, considerando-o ideal e tomando uma linha de corrente entre os pontos 1 e 2, conforme a Figura 1. Figura 1 Escoamento com Estrangulamento A equação de Bernoulli aplicada ao escoamento ideal, entre os pontos 1 e 2 da figura, resulta na equação seguinte: EMBED Equation.3 (1) Onde o primeiro termo representa a energia cinética, o segundo a energia de pressão, proveniente do trabalho de escoamento, enquanto o terceiro termo representa a energia potencial. Esta igualdade significa que a soma das três parcelas é uma constante ao longo de uma linha de corrente, não havendo perdas por atrito. Para o escoamento na posição horizontal, não há variação de energia potencial, sendo EMBED Equation.3 Usando a equação da conservação da massa entre as seções 1 e 2, para o escoamento incompressível, tem-se que a vazão é dado por: EMBED Equation.3 (2) Onde A é a área da seção transversal e v a velocidade. Tubo de Pitot Permite obter a velocidade de uma dada corrente de um escoamento a partir da medição de duas pressões: estática e de total. A diferença entre essas duas pressões é chamada de pressão dinâmica. EMBED Equation.3 (3) O seu processo de medição está representado pela Figura 2. Figura 2 Medição da velocidade do escoamento de um fluido no interior de um duto A velocidade do fluido é obtida pela equação pela da lei de conservação da massa e da energia. A lei da conservação da massa aplicada a dois pontos 1 e 2 de uma linha de corrente resulta em: EMBED Equation.3 (4) A lei da energia para escoamentos permanentes, incompressíveis EMBED Equation.3 adiabáticos e sem atrito é dada pela equação de Bernoulli. Introduzindo o resultado a última equação, a expressão para a velocidade em um escoamento é dada por: EMBED Equation.3 (5) Tubo de Praldtl Utiliza o mesmo princípio do Tudo de Pitot, que tem várias tomadas de pressão estática ao longo da superfície lateral do tubo, como mostra a figura. Figura 3 Tubo de Prandtl para medição da velocidade de um escoamento Alguns cuidados devem ser tomados para diminuir os erros ou desvios na medição da velocidade com esse equipamento. Inicialmente, o tubo deve estar alinhado à corrente do...

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