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Relatório de Fenômenos dos Transportes
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1. INTRODUÇÃO
O físico suíço Daniel Bernoulli propôs um princípio para o escoamento dos
fluidos, que pode ser enunciado da seguinte maneira: "Se a velocidade de uma partícula
de um fluido aumenta enquanto ela se escoa ao longo de uma linha de corrente, a
pressão do fluido deve diminuir e vice-versa".
Esse conhecimento permite-nos entender por que os aviões conseguem voar. Na
parte superior da asa a velocidade do ar é maior (as partículas percorrem uma distância
maior no mesmo tempo), logo, a pressão na superfície superior é menor do que na
superfície inferior, o que acaba por criar uma força de sustentação de baixo para cima.
O princípio de Bernoulli também pode ser aplicado no escoamento de líquido
por um tubo de diâmetros diferentes: sendo o diâmetro da parte central do tubo menor
que nas duas extremidades, o escoamento é mais rápido na região mais estreita e a
pressão menor. É este o princípio do medidor de Venturi; um dispositivo que permite
calcular a velocidade de um fluido em um tubo horizontal, por meio da diferença de
pressão nos tubos verticais.
A Equação de Bernoulli é utilizada para, entre outras aplicações em hidráulica,
quantificar velocidades de escoamentos estacionários de descarga de reservatórios,
estimar a velocidade de um escoamento através de uma restrição à sua passagem e
medir velocidades de escoamentos e os correspondentes caudais, dimensionar asas de
aviões, vaporizar um fluido, explicar a circulação sanguínea.) A aplicação da Equação
de Bernoulli está, portanto, presente quer nas operações de previsão feitas pelo
Engenheiro, quer nas correspondentes operações de verificação e experimentação em
geral. Aspectos estes que constituem as duas faces do mundo em que um Engenheiro se
movimenta.
2. OBJETIVO
Está prática laboratorial tem como objetivo analisar qualitativamente o uso da
Bancada de Bernoulli bem como o seu funcionamento de forma a proporcionar aos
estudantes a verificação do escoamento de um fluído que se estabelece em um difusor
convergente (tubo Venturi), por meio de leituras de pressão estática e dinâmica do
escoamento e, por fim, o cálculo da vazão da bomba que bombeia o fluido na bancada.
3. PERFIL ESQUEMÁTICO DA BANCADA
A bancada é dotada de um fluido que percorre as tubulações em regime fechado
sendo injetada por uma bomba posicionada em sua parte inferior. Ao acionar o
interruptor ligar/desligar da bomba, o fluido é injetado no sistema passando
primeiramente pela válvula que permite a passagem do fluido ao tubo de Venturi, onde
possui 13 manômetros para a medida de pressão no tubo. Logo após a passagem pelo
tubo, passa-se por uma segunda válvula que permite regular a vazão do escoamento
assim como a pressão no tubo de Venturi. Seguindo o escoamento, o fluido recai em um
recipiente cilíndrico onde se é possível medir a vazão da bomba através da razão entre o
volume do recipiente e o tempo gasto para o seu preenchimento. Para o preenchimento
do recipiente, faz-se necessário o acionamento de uma terceira válvula que permite o
bloqueio da passagem do fluido do recipiente para um reservatório localizado na parte
inferior da bancada. O fluido ao recair sobre o reservatório, é bombeado novamente
para o sistema dando assim início a mais um ciclo de escoamento.
3.1 Representação Esquemática
1 – Bomba;
2 – Interruptor de Liga/Desliga;
3 – Válvula de obstrução da passagem do fluido ao sistema;
4 – Tubulações;
5 – Tubo de Venturi;
6 – Manômetros medidores de pressão;
7 – Válvula reguladora de vazão e pressão;
8 – Recipiente cilíndrico;
9 – Válvula de obstrução de passagem do fluido;
10 – Reservatório.
Figura 1 – Bancada de Bernoulli.
4. DESCRIÇÃO DO FUNCIONAMENTO DAS VÁLVULAS
As válvulas presentes na bancada possuem funcionamentos diferentes, sendo o
da primeira válvula a função de permitir a passagem do fluido após o mesmo sair da
bomba, a segunda de regular a vazão do escoamento do fluído bem como a pressão no
tubo de Venturi e a terceira válvula a função de bloquear a passagem da água do
recipiente para o reservatório, conforme a figura 2 a seguir.
Figura 2 – Válvulas da Bancada.
5. O VENTURI
O tubo Venturi, foi idealizado pelo cientista italiano Venturi em 1791 e usado
como medidor de vazão em 1886 por Clemens Herschel, sendo constituído por um
bocal convergente – divergente. O medidor Venturi (ABNT, 1988) tem uma forma que
tenta imitar os padrões de escoamento através de uma obstrução carenada em um tubo.
O medidor clássico, ou de Herschel, é raramente usado, pois é muito grande tornando-o
inconveniente para instalações industriais além de ser caro para fabricação. Uma
facilidade é que os medidores de Venturi são autolimpantes devido sua superfície
interna ser lisa. O Venturi moderno consiste de uma seção de admissão de bocal de
escoamento padrão e uma expansão de saída cônica não maior que 30º e sua faixa de nº
de Reynolds recomendada é de 1,5x105 a 2x105.
No experimento observou-se a possibilidade da medição de pressão nos
manômetros do Venturi de acordo com a variação de altura do fluido, tendo uma altura
máxima inicial onde, a medida que se avançavam os manômetros, a pressão diminuía
até atingir um ponto mínimo e depois aumentava até uma determinada altura. Pode-se
constatar através da análise das pressões do Venturi (Figura 3) que houve uma perda de
carga, pois apesar de o Venturi ser um instrumento simétrico, as pressões finais foram
diferentes das iniciais devido à perda de carga presente no sistema.
Figura 3 – Análise das pressões no Venturi.
6. CÁLCULO DA VAZÃO DA BOMBA
Para o cálculo da vazão, houve a necessidade tomar conhecimento das medidas
do recipiente e do tempo necessário para o transbordo do fluido. Diante disso, usou-se
uma régua comum de 30cm para obtenção da medida da altura e diâmetro do recipiente
e um cronômetro de relógio para a medição do tempo. Constatou-se que o recipiente
dispunha de uma altura de 26cm e seu diâmetro de 20cm, dotado de uma região vazada
de altura de 20cm e diâmetro de 5cm para transbordo do fluido ao atingir a altura de
20cm.
Após o esvaziamento do recipiente, fechou-se a válvula de obstrução do fluido
para que o mesmo pudesse encher e assim cronometrar o tempo até seu transbordo.
Depois de encher o recipiente, obteve-se o tempo de 38 segundos para que o mesmo
transbordasse. De acordo com os dados encontrados, pode-se realizar o cálculo da vazão
obtendo assim o valor de 0,155x10-3m/s conforme a demonstração dos cálculos abaixo.
7. CONCLUSÃO
O Venturi é um medidor de vazão no qual pode-se verificar mudanças de
velocidade e pressão dentro do tubo, onde um aumento de energia cinética no fluido é
compensado pela perda de pressão, isto sendo explicado pela conservação de energia.
Após a realização do experimento, pode-se constatar as perdas de cargas através das
diferenças de pressão nos manômetros bem como compreender o funcionamento da
bancada e seus mecanismos de utilização. Cabe ressaltar a importância do aprendizado,
de forma prática, da medição de vazão do recipiente da bancada, uma vez que este
procedimento é de fundamental importância ao estudante de Engenharia Civil, pois o
mesmo pode corriqueiramente se deparar com situações semelhantes em sua vida
profissional.
8. REFERÊNCIAS
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