Relatório Prática 2 - Medida de Vazão para medidores do tipo Venturi e Diafragma

" "Universidade Federal de Uberlândia " "
" "Instituto de Ciências Agrárias " "
" "Curso de Engenharia Ambiental " "
" "GET 035 – Hidráulica " "
" "Prof. Dr. Carlos Eugenio Pereira " "




Prática 2 - Medida de Vazão para medidores do tipo Venturi e Diafragma




















Alunos: Brunna Gondim

Gustavo Antunes

Hiuly Freitas









Uberlândia, MG

Novembro/2014

1. INTRODUÇÃO


Segundo STREETER (1980), a quantidade (massa ou volume) por unidade de
tempo que passa por certa seção, determina a medição de uma vazão. Existem
vários tipos de medidores, tais como: orifícios, bocal, tubo Venturi,
rotâmetro e vertedor.
Este experimento tem como foco a utilização de dois medidores: tubo
Venturi e placa de orifício.
O tubo Venturi (Figura 1) pode ser entendido como uma curta "garganta"
entre duas seções cônicas instalada entre duas tubulações. O objetivo do
estreitamento é baixar a pressão estática do fluido, devido à sua
aceleração temporária (FOX & MCDONALD & PRITCHARD, 2006).



Figura 1. Esquema do medidor de vazão tipo Venturi.


Uma placa de orifício (Figura 2) é uma placa fina e precisamente
perfurada, normalmente fabricada em aço inox ou latão, a qual é colocada
perpendicularmente à tubulação. É a maneira mais simples e econômica para
se criar uma pressão diferencial, contudo, ela promove alta perda de carga
(devido à expansão não controlada à jusante do medidor. Existem três tipos
de orifícios (Figura 3): o orifício concêntrico é mais utilizado para
líquidos, gases e vapor sem presença de sólidos em suspensão; o orifício
excêntrico é utilizado quando há presença de sólidos suspensos sendo que o
orifício localiza-se na parte de baixo do tubo; e o orifício segmental
disposto em forma de segmento de círculo, utilizado em fluidos laminados e
com alta taxa de sólidos em suspensão (FOX & MCDONALD & PRITCHARD, 2006).



Figura 2. Esquema do medidor de vazão tipo placa de orifício.



Figura 3. Orifício concêntrico, excêntrico e segmental.


Em comparação do Venturi com uma placa de orifício, é possível observar
que, o primeiro produz um diferencial menor do que o segundo, para uma
mesma vazão e mesmo diâmetro que sua "garganta" (FOX & MCDONALD &
PRITCHARD, 2006).


2. OBJETIVO


O objetivo desse experimento é determinar a vazão (Q), bem como o
coeficiente de escape K, para variadas vazões, tanto para o medidor tipo
Venturi quanto para o medidor tipo diafragma.


3. METODOLOGIA
O material utilizado foi um equipamento próprio para fins didáticos
presente no laboratório de Hidráulica (FECIV) no Bloco 1Y na Universidade
Federal de Uberlândia. Os medidores de placa de orifício e tubo Venturi
estavam devidamente instalados a uma tubulação plástica de 1", em uma série
de tubos (para cada um desses medidores). Essa série começa com uma
tubulação de 3", onde foi instalado um medidor de vazão do tipo Prandtl,
seguido de uma tubulação 1 ½", onde está presente um medidor do tipo
diafragma e, na outra série de tubos, um medidor Venturi.
Após calibração dos medidores, várias vazões foram quantificadas
aleatoriamente, para os dois tipos de medidores, sendo que, os resultados
dos mesmos foram explicitados através dos mostradores dos manômetros,
conectados aos sensores de pressão que avaliam a diferença de pressão
criada pela mudança de geometria.
Conforme roteiro da aula prática, a Figura 3 mostra a variação do
Coeficiente de Vazão em função do Número de Reynolds para o Medidor Venturi
e, a Figura 4 para o Medidor Diafragma, utilizados neste experimento.

Figura 3. Relação entre o Coeficiente de Vazão e o Número de Reynolds
para o Medidor Tipo Venturi de 1 ½".



Figura 4. Relação entre o Coeficiente de Vazão e o Número de Reynolds
para o Medidor Tipo Diafragma de 1 ½"


4. RESULTADOS

Após a coleta de dados de volume, tempo e H para duas leituras que se
diferenciam pela alteração na vazão, tanto para o medidor diafragma quanto
para o Venturi, em aula prática, registrou-se os dados presentes na Tabelas
1 e Tabela 2.


" Placa de"Vol. "t " H (m)"
"orifício "(m³) "(s)" "
"1ª "0,00328"10 "0,510 "
"Leitura "3 " " "
"2ª "0,00693"10 "0,723 "
"Leitura "8 " " "


Tabela 1. Leitura do volume, tempo e H da placa de orifício.

"Venturi "Vol. "t " H (m)"
" "(m³) "(s) " "
"1ª "0,00539"10 "0,67 "
"Leitura " " " "
"2ª "0,00340"10 "0,645 "
"Leitura "7 " " "


Tabela 2. Leitura do volume, tempo e H do tubo Venturi.

A partir destes dados, calculou-se a vazão (Q) para cada leitura pela
Equação 1 e respectivos resultados na Tabela 3 e Tabela 4.

(Equação 1)


"Placa de "Q (m³/s) "
"orifício " "
"1ª Leitura "0,000328 "
"2ª Leitura "0,000694 "


Tabela 3. Vazão medida da placa de orifício.


" Venturi "Q(m³/s) "
"1ª Leitura "0,000539 "
"2ª Leitura "0,0003407 "


Tabela 4. Vazão medida no tubo Venturi.
Por fim, calculou-se o K para cada uma das leituras a partir da Equação
2.



(Equação 2)


Onde, é a área do orifício e encontrada pela equação em que
, o raio, equivale a 0,008m para o medidor diafragma e 0,01 m para o
medidor de Venturi; é a aceleração gravitacional dada por 9,81 m/s².
Segundo o Teorema de Stevin, "a diferença de pressão entre dois pontos de
um líquido em repouso é diretamente proporcional à altura e à densidade do
mesmo." Este teorema é dado pela Equação 3.



(Equação 3)


Onde equivale à pressão, equivale à massa específica e
refere-se à altura da coluna líquida.
Com isto, podemos substituir a Equação 3 na Equação 2, resultando na
Equação 4.

(Equação 4)


Aplicando-se os valores encontrados nas tabelas anteriores (Tabelas 1, 2,
3 e 4), obtiveram-se os resultados para a constante K conforme Tabela 5 e
Tabela 6.


"Placa de"K "
"orifício" "
" " "
"1ª "0,52 "
"Leitura " "
"2ª "0,92 "
"Leitura " "


Tabela 5. Valor de K para placa de orifício.


"Venturi "K "
"1ª "0,4732 "
"Leitura " "
"2ª "0,3049 "
"Leitura " "


Tabela 6. Valor de K para tubo Venturi.

5. CONCLUSÃO

A partir dos resultados apresentados pode-se concluir que para a medição
de vazão com placa de orifício a segunda leitura foi mais eficiente. Pode-
se atribuir a isto o fato da maior vazão encontrada e uma maior diferença
de pressão com relação à primeira leitura. O valor obtido do coeficiente de
escape mais próximo de 1 demonstra tal eficiência.
Os coeficientesde escape para a placa de orifício foram maiores que para
o Venturi. O que quer dizer que a vazão teórica se aproxima mais da vazão
real. Sendo assim, as perdas de carga foram maiores no método de medição
com Venturi.


6. REFERÊNCIAS

STREETER, Victor L. Mecânica dos fluidos. 7ª edição. Editora McGraw-
Hill do Brasil, São Paulo, 1980.


FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan T.; PRITCHARD, Philip J. Introdução à
Mecânica dos Fluidos. Rio de Janeiro: LTC, 2006.
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Relatório apresentado à disciplina GET 035 - Hidráulica, do curso de
Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Uberlândia.