Objetivos da sétima aula da unidade 5: Simular a experiência do medidor de vazão tipo tubo de Venturi

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1 319 Curso Básico de Mecânica dos Fluidos Objetivos da sétima aula da unidade 5: Simular a experiência do medidor de vazão tipo tubo de Venturi Propor a experiência do medidor tipo - tubo de Venturi Tubo Venturi Objetivamos simular a experiência com o tubo Venturi utilizado na bancada representada pela figura 3.17 (unidade 3: quarta aula quarta parte - pp196) na busca de sua curva característica e da sua curva de calibração. Objetivos: - Obter a curva característica C d = f (Re 1 ), onde: C d coeficiente de descarga do Venturi Re 1 número de Reynolds de aproximação - Obter a curva de calibração Q R = f (h), onde: Q R vazão real do escoamento h desnível do fluido manométrico do manômetro diferencial acoplado no Venturi Posição na bancada: (10) segundo esquema geral da página 196 Esquema real representado pelas figuras 5.0.a e 5.0.b Figura 5.0.a

2 30 Curso Básico de Mecânica dos Fluidos Figura 5.0.b Determinação da Vazão Teórica (Q t ) através do Tubo de Venturi Sabendo-se que existem as perdas de carga, porém não as considerando, ao aplicarmos a equação de Bernoulli, manométrica e continuidade entre (1) e (), obtemos a vazão teórica através do tubo Venturi. Qt = πd. γhg g. 1 γho D 1 D1. hv equação 5.6 Para cada posição de válvula globo (8 pp. 196), temos um desnível do fluido manométrico h e em conseqüência uma vazão teórica.

3 31 Curso Básico de Mecânica dos Fluidos Determinação da Vazão Real A vazão real para cada posicão da válvula globo (8 pp. 196) pode ser, ou seja: h h QR =. S t =. 0,565 t Determinação do Coeficiente de Vazão ou Descarga C d Cd = QR Qt Notas 1ª) Na obtenção da curva característica do Venturi, existe a possibilidade de obter C d > 1,0, e este resultado anormal pode ser devido, ou a instalação incorreta do manômetro diferencial ou pelo fato do escoamento real exigir a utilização, tanto das perdas, como do coeficiente de energia cinética, resultando: p1 α1 V1 p α V + = + + H p γ g γ g ou seja: V V1 p1 p = g γ V H ( ) V1 p ( 1 ) + α 1 α 1 g g como α 1 é geralmente maior que α, pois a redução da seção age no sentido de uniformizar a distribuição de velocidade na seção (), para medidores Venturi com paredes internas extraordinariamente lisas (H p 0) e com relação D / D 1 próximas a unidades, podemos ter C d ligeiramente maiores que a unidade.

4 3 Curso Básico de Mecânica dos Fluidos ª) Na prática uma das possibilidades de terminarmos a vazão real é através de C d = f (Re 1 ) ( figura 5.1 ). C d D / D 1 Figura 5.1 Re 1 Adota-se um Reynolds de aproximação no patamar e através do mesmo lê-se C d. Com o desnível do fluido manométrico (h), calcula-se a vazão teórica (Q t ). Com C d e Q t, determina-se a vazão Q R. Com a Q R, calcula-se a velocidade na seção 1 e em conseqüência Re 1. Se o Re 1 calculado der no patamar o cálculo feito foi correto, caso contrário repete-se o procedimento iniciando-se com Re 1 calculado até convergir para um pto. Podemos observar através desta segunda nota, que este procedimento deve ser seguido por um especialista no assunto. Para facilitar a utilização do Venturi, é comum definir-se a constante K v de um Venturi. πd Kv = Cd.. γhg g. 1 γho D 1 D1 equação 5.7 Do conceito de coeficiente de vazão e das equações 5.6 e 5.7, temos:

5 33 Curso Básico de Mecânica dos Fluidos QR = Kv. hv equação 5.8 3ª) Deve-se notar que apesar do K v ser dimensional o seu comportamento é análogo ao do C d, já que para um dado aparelho em um dado local, tem-se: πd. γhg g. 1 HO γ D 1 D 1 Cons tan te do aparelho ª) Outra maneira simples de utilizarmos o Venturi é através da curva de calibração (figura 5.). Q R Figura 5. h v Determinação da Constante K v de um Venturi Existem na prática três maneiras distintas de determinarmos K v, são elas: 1ª) Elaborar em papel milimetrado, o gráfico com re 1 no eixo das abscissas e os valores de k v, calculados para cada posição da válvula (8), na ordenada (figura 5.3).

6 3 Curso Básico de Mecânica dos Fluidos Figura 5.3 Nesta situação, delimita-se o campo em que K v é constante. K ª) Calcula-se K v v =, ou seja adota-se a média dos K o v calculados para cada n pontos posição da válvula (8). 3ª) Com os dados obtidos e com os cálculos efetuados através da experiência, elaborar em papel bilogarítmico, o gráfico com h v em abscissa, plotar os pares experimentais (h v, Q R ), traçar a reta média e obter K v como sendo o valor de Q R sobre esta reta para h v = 1 (figura 5.). Figura 5. Considerando os dados da tabela a seguir, pede-se: (A) O preenchimento da tabela 5. da página; (B) Traçar em um papel milimetrado a curva característica do Venturi; (C) Traçar em um papel milimetrado a curva de calibração do Venturi; (D) Obter a constante do Venturi (K v ) pelas três maneiras mencionadas.

7 35 Curso Básico de Mecânica dos Fluidos Ensaios h COTA A COTA B cm 3 13 t h s mm Unidades ,00 5,9 10,00 11,6 15,00 16,8 0,00 3,68 5, ,00 9,19 10,00 3,78 30,00 8,38 10,00 3,97 0 0,30 0 0,60 0 1,10 0, ,50 0 7,60 0 6, , ,50

8 36 Curso Básico de Mecânica dos Fluidos Tabela de Dados ENSAIOS COTA A COTA B 3 h t Q r 13 h Q t C d Re 1 K v t s l/s m l/s FºLºTº FºLºTº m,5 /s