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