Experiência Tubo de Pitot

Experiência Tubo de Pitot

(Parte 1 de 3)

Resumo1
Objetivos1
Fundamentos Teóricos1
Metodologia Experimental5
Apresentação de Dados Experimentais5

Índice

Conclusão12

Resultados Calculados e Respostas à Questões Propostas 8 Referências Bibliográficas 12

Resumo

Nesta experiência, utilizou-se tubos de pitot com o objetivo de determinar as velocidades de água em escoamento turbulento numa determinada seção transversal de um duto. Através de 10 destes dispositivos conectados a manômetros (e a uma linha de ar comprimido de tal forma a minimizar a altura da coluna), obteve-se perfis de velocidades na referida seção para diversas vazões decrescentes. Pode-se então comparar as velocidades médias obtidas por dois métodos: o método das pesagens e o método da área sob o gráfico. Com os valores obtidos, construiu-se os gráficos de V * r, V * r2, V2 *r2, V3 * r2 e v/Vmax * ((R-r)/R)1/n. Obtem-se então os valores do fluxo de energia cinética na seção e seu respectivo coeficiente de correção (α), fluxo da quantidade de movimento na seção e seu respectivo coeficiente de correção (β) e o valor de n representativo para o perfil.

Objetivos

Esta experiência tem como objetivos a apresentação de um instrumento de medição de velocidades e seu modo de funcionamento, a construção de diversos gráficos para a obtenção de valores característicos do escoamento como o fluxo de energia cinética na seção e seu respectivo coeficiente de correção (α) e fluxo da quantidade de movimento na seção e seu respectivo coeficiente de correção (β).

Fundamentos Teóricos

O tubo de Pitot é um instrumento de medida de velocidades que, através da diferença entre as pressões total e estática (medida através de manômetros) permite a obtenção do módulo do escoamento em uma seção. A pressão total (pressão estática mais pressão dinâmica) é medida através do orifício principal no tubo disposto longitudinalmente ao escoamento e a pressão estática através de orifícios secundários dispostos transversalmente ao escoamento.

Figura 1: Exemplo de Tubo de Pitot. 2

Na extremidade 1 acopla-se um manômetro, obtendo-se a pressão total ( pressão estática mais pressão dinâmica ) e na extremidade 2, acopla-se outro manômetro, obtendo-se a pressão estática.

Num ponto qualquer pertencente ao eixo do tubo, aplicando-se a equação de Bernoulli, temos a carga na seção:

H Vg

pesoespecífico do fluido em escoamento e g a aceleração da gravidade.

Já no ponto pertencente à seção do orifício principal e ao eixo do tubo, aplicandose a equação de Bernoulli e considerando constante o peso específico do fluido em escoamento, temos a carga na seção:

H Vg

pesoespecífico do fluido em escoamento e g a aceleração da gravidade.

Como no caso o duto é horizontal, z1=z2, g=constante e V2=0, pois as partículas são desaceleradas até a velocidade nula na seção referida. Não havendo perda de carga neste percurso, temos que:

Dessa forma, podemos obter a velocidade V1 a partir da equação acima transformada:

respectivos manômetros (deve-se considerar a inclinação de 30o dos manômetros).

Analogamente, pode-se posicionar o tubo em qualquer posição longitudinal referente ao raio do duto. Considerando-se o dito acima, montou-se a experiência de tal forma que 10 tubos de pitot distribuídos diametralmente e longitudinalmente ao duto, de tal forma que 2 a 2 tenham praticamente a mesma velocidade, conforme a figura abaixo:

Figura 2: Disposição dos tubos de pitot no duto em teste.

A experiência consiste em registrar as indicações para cinco valores de vazão regulados a partir de uma válvula, calculando em cada um dos casos:

M t fi= − Δ

• o perfil de velocidades na seção transversal de leitura a partir dos manômetros;

• calcular a velocidade média na seção a partir do perfil de velocidades e confrontar com a velocidade média obtida através do método das pesagens;

QS= ou V Sr=2, onde S é a área abaixo do gráfico de perfil de velocidades;

• levantar a curva V3 = V3 (r2), para calcular o fluxo de energia cinética na seção e o coeficiente da quantidade de movimento;

• levantar a curva V2 = V2 (r2), para calcular o fluxo da quantidade de movimento na seção e o coeficiente da quantidade de movimento;

• obter o valor de n representativo para o perfil, a partir do perfil de velocidades obtidas no ensaio;

V Rr Rmax

Metodologia Experimental

A tomada de dados consiste na leitura de 1 valores no manômetro inclinado a 30o, sendo 10 valores referentes à pressão total e 1 referente à pressão estática, todas defasadas da mesma altura devido à pressão da linha de ar comprimido, não interferindo assim na diferença de pressão e as massas inicial e final em um compartimento a fim de medir a vazão em um determinado intervalo de tempo. Além disso, anota-se dados como posição dos tubos de pitot no duto, massa específica e peso específico do fluido em escoamento, aceleração da gravidade local e raio e área da tubulação.

Apresentação de Dados Experimentais γ 9800 N/m3 R 1”ou 0,0254 m

A tabela a seguir contem as distâncias dos eixos dos tubos de pitot em relação ao eixo do duto:

PITOT NoDistância do eixo PITOT NoDistância do eixo 1 2.7 m ou 0,027m 6 2.7 m ou 0,027m 2 17.3 m ou 0,0173m 7 17.3 m ou 0,0173m 3 1.9 m ou 0,019m 8 1.9 m ou 0,019m 4 6.5 m ou 0,0065m 9 6.5 m ou 0,0065m 5 1.1 m ou 0,0011m 10 1.1 m ou 0,0011m

As medidas a seguir possuem incertezas na leitura das pressões de 2 m que pode ser considerada alta, porem eficaz considerando-se as flutuações nas alturas dos meniscos e erros de 0.5 kg nas medidas das massas (considerando-se nulo as incertezas dos intervalos de tempo, pois considera-se embutida na incerteza da massa).

Primeira Tomada de Dados:

Mi(kg) Mf(kg)

Δt (s)

(m) estática (m)

31.0 165.5 42.8 182 248 28 315 328 328 325 296 253 18 28

Perfil de Pressões na seção

H (m)

Segunda Tomada de Dados:

Mi(kg) Mf(kg)

Δt (s)

(m) estática (m)

37.0 169.0 4.30 215 276 310 343 355 355 354 323 287 225 79

Perfil de Pressões na seção

H ( m)

Terceira Tomada de Dados:

Mi(kg) Mf(kg)

(Parte 1 de 3)

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