Blog de Fenômenos de Transportes I (Mecânica dos Fluidos), referente ao curso de Engenharia Civil, da Universidade do Sul de Santa Catarina – UNISUL, criado pela turma do semestre letivo 2012/2, com ênfase na divulgação dos trabalhos criados e formatados pelas equipes orientadas pela Professora Maria Lúcia Cochlar. Nosso objetivo principal é evoluir nossos conhecimentos e divulgar como a mecânica dos fluidos é importante, mostrando os vários campos de atuação de maneira simples e prática.
Túneis de vento sãoinstalações destinadas a simular e estudar o efeito do movimento de ar sobre ou ao redor de objetos sólidos, como carros, aviões, foguetes entre vários outros equipamentos, e assim poder submete-los a testes para adquirir uma melhor aerodinâmica. Assim como na industria automotiva e aeronáutica, na engenharia civil os tuneis de vento são utilizados para a determinação de parâmetros nos projetos de edifícios, pontes, antenas e outras estruturas de construções civis.
"O túnel de vento é uma ferramenta que simula o vento característico das cidades em escala reduzida para ensaio de edificações." diz Gilder Nader, Responsável pelo túnel de vento do IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas) na cidade de São Paulo.
Geralmente esses ensaios são realizados para construções de edifícios altos e esbeltos, edificações curvas com formas inovadoras, estrutura de estádios de futebol e pontes estaiadas e pênseis, esses ensaios são de grande importância se não obrigatórios, para dar uma maior segurança ao engenheiro estrutural.
Esses tipos de obras citadas a cima estão fora da norma que determina as configurações do projeto arquitetônico, que rege a ação do vento sobre a estrutura das edificações, a NBR 6123/1988. A norma fornece coeficientes confiáveis para construções em planta quadrada ou retangular.
Além dessas aplicações, que têm um foco mais voltado para estudo e testes, esses túneis também são utilizados como um meio de entretenimento por algumas empresas. Exemplos disso são as estruturas que permitem simular situações de queda livre e planação no ar.
Gustavo Vieira da Silva.
Referencias.
Site - Engenharia estrutural e construção civil.
Disponível no link: https://construcaocivilpet.wordpress.com
Diante da escassez de água em algumas
partes do mundo, diversasestratégias foram criadas para garantir o acesso da
população a esse recurso.Dentre
essas estratégias, destaca-se atransposição de rios, que possui como objetivo principal
levar água de um lugar rico para outro pobre nesse recurso.
Atransposição de riosé
realizada desde a Antiguidade, porém tem se intensificado hoje em dia em razão
da falta de água para a população e para os animais. Apesar de a ideia parecer
simples e justificável, osdanos ambientaiscausados
pela transferência de água de uma região para outra são imensos.
Dentre
os impactos ambientais mais significativos, podemos citar odesmatamento.De
uma maneira geral, as obras de transposição são grandes e ocupam diversos
hectares de terra para o andamento do projeto. Essa destruição da fauna e flora
resultante do desmatamento causa um enorme impacto ambiental, podendo acelerar
o processo de extinção de muitas espécies.
Além
de matar várias espécies, a transposição acabaimpedindo a migraçãode
alguns animais entre ambientes, que até então eram bem preservados. Apesar de a
maioria das obras prever a realização de pontos de ligação entre um ambiente e
outro, muitas vezes essa alternativa acaba não sendo viável, levando a uma
redução da biodiversidade.
Adestruição de habitatprovocada
pelo desmatamento pode colocar em risco também a saúde de uma população, uma
vez espécies saem dos seus locais de origem e podem invadir a casa dos
moradores daquelas áreas. Aranhas, cobras e escorpiões, por exemplo, podem
provocar sérios acidentes ao procurarem nova moradia.
O
desmatamento também pode agravar o problema dadesertificaçãoem
algumas áreas. Esse é um ponto muito debatido por pesquisadores que analisam aTransposição do Rio São Francisco, uma vez que
existem áreas onde esse processo está bastante avançado. Nesses pontos, é
impossível plantar espécies nativas, o que dificulta os planos do governo de
minimização dos impactos ambientais.
A
transposição de rios também favorece osurgimento de processos erosivos, principalmente em áreas
que já sofrem com a desertificação, como é o caso do Nordeste brasileiro.
Ascomunidades biológicas aquáticas também são afetadaspela mudança do curso dos rios,
principalmente as das bacias receptoras. Normalmente, espera-se que haja uma
modificação de toda a composição dessas comunidades e uma diminuição do número
de espécies. O risco decorrente da introdução de espécies exóticas também é um
ponto a ser analisado.
A poluição também está entre os
problemas ambientais decorrentes da transposição de rios. Os novos canais
atraem a população e indústrias, que acabam lançando dejetos na água,
provocando a poluição.
Além de todos os impactos ambientais
negativos gerados por essas obras, os projetos de transposição afetam também a
vida social de toda a população dessas áreas e nem sempre de uma maneira
benéfica. Sendo assim, é fundamental que a população conheça bem as obras de
transposição e analisem todos os impactos que elas causarão em suas vidas e no
meio ambiente.
Os túneis de vento nada mais são do que estruturas que propiciam a simulação do comportamento do ar em relação a diversos tipos de objetos, como aviões, carros e até mesmo na construção civil. A instalação permite observar o movimento do ar ao redor dos itens inseridos dentro dele, o que não é possível realizar facilmente em uma situação normal, por exemplo, quando uma aeronave está em pleno vôo.
Além dessas aplicações, que têm um foco mais voltado para estudo e testes, esses túneis também são utilizados como um meio de entretenimento por algumas empresas. Exemplos disso são as estruturas que permitem simular situações de queda livre e planação no ar.
No meio comercial, esse tipo de construção é utilizado para testar o comportamento de automóveis, simulando-os em alta velocidade. Exatamente por conta disso, esses túneis também são empregados em larga escala por várias escuderias da Fórmula 1, permitindo a criação de carros mais estáveis e mais rápidos apenas por meio de alterações na aerodinâmica.
Aplicação feita pela NASA
Como a instituição-modelo em relação a tecnologias relacionadas a aeronaves e suas variações, a NASA também possui estruturas específicas para testar os seus projetos utilizando túneis de vento, que simulam a geração de ventos a velocidades absurdas.
As instalações utilizadas pela NASA permitem que os engenheiros controlem as condições que afetam diretamente a aeronave. Essas estruturas puxam o ar externo jogando-o para dentro da área de testes e, então, empurram o vento para fora novamente, fazendo com que seja gerada uma recirculação de ar dentro do túnel.
Esquema mostra o projeto de um dos túneis de vento utilizados pela NASA
A figura acima demonstra a estrutura de um túnel de vento usado pelos especialistas da companhia. O grande ventilador (”Fan”), por meio do seu motor (“Drive Motor”), faz com que a circulação do ar se mantenha ativa.
Para você tenha uma noção real do tamanho dessa estrutura, compare o gerador de ventos (“Fan”) com o pequeno desenho chamado de “Model” nesta figura: ele representa a aeronave em teste. Todos os dados coletados são transmitidos para a sala de controle (“Control Room”), onde os engenheiros se encontram.
Túnel de Vento surge para simular os deslocamentos de ar para que possam ser analisados os seus comportamentos e determinar os efeitos do peso do vento em relação aos objetos sólidos. Os ensaios realizados aumentam a confiabilidade do calculo estrutural de um projetista, não só a confiabilidade como também determinar a atuação de edificações próximas, verificação da ventilação interna dos ambientes e avaliar a qualidade do ar interno.
Relacionando Túnel de Vento com Fenômenos de Transporte, percebemos que o estudo de fenômenos está elencado com a utilidade do túnel de vento, uma vez que a matéria estuda como a quantidade de movimento, energia, massa é transportada por um meio, analisando seus efeitos nas estruturas experimentadas.
Na engenharia civil, túnel de vento é um excelente aliado, já que a ação dos ventos é um dos fatores mais significativos a serem considerados no dimensionamento de estruturas e coberturas de construções. Os ensaios das estruturas com o túnel de vento são realizados em formatos reduzidos para cimentar com mais segurança o dimensionamento das estruturas.
Os impactos dos ventos em fachadas de edificações podem resultar em efeitos indesejáveis para o projeto e para os usuários, também podendo causar danos á cobertura, especificamente em grandes superfícies inclinadas.
Assista o vídeo explicativo em: https://www.youtube.com/watch?v=a9cT77hsOpU
Tendo em vista que a água é um recurso natural limitado e imprescindível à vida, questões sobre a conservação e preservação dos recursos hídricos vêm sendo cada vez mais destacadas na atualidade. As técnicas de aproveitamento de água pluvial são soluções sustentáveis que contribuem para uso racional da água, proporcionando a conservação dos recursos hídricos para as futuras gerações.
A qualidade da água é muito importante no processo de captação de água da chuva e está relacionada com os poluentes da atmosfera, dos meios de captação (área de captação, calhas e cisternas) e das impurezas na superfície do telhado. Grande parte das bactérias contaminantes em telhados e coberturas é eliminada devido à incidência de radiações ultravioletas provenientes do sol, calor e dessecação do telhado (Gnadlinger, 2007).
Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), os parâmetros da qualidade da água devem ser definidos pelo projetista. Porém, para consumo mais restritivo, os valores na Tabela 1 devem ser utilizados (ABNT NBR 15527, 2007).
Além disso, a ABNT estabelece classes de uso para água de reuso não potável, mas sanitariamente segura. As classes são:
• Classe 1: águas destinadas à lavagem de carros e outros usos que requerem o contato direto do usuário com a água, com possível aspiração de aerossóis pelo operador, incluindo chafarizes.
•Classe 2: águas destinadas à lavagem de pisos, calçadas e irrigação dos jardins, manutenção dos lagos e canais para fins paisagísticos, exceto chafarizes.
•Classe 3: reuso nas descargas dos vasos sanitários.
•Classe 4: reuso nos pomares, cereais, forragens, pastagens para gados e outros cultivos através de escoamento superficial ou por sistema de irrigação pontual.
Vídeo demonstrativo de como é feito a capitação de Água.
O que é uma cisterna? Bem, também conhecida como algibe, é um reservatório que recolhe a água da chuva e a armazena para uso doméstico geral, ou seja, é um sistema de reaproveitamento de águas pluviais de baixo custo (veja aqui as diferenças entre água pluvial e água de reuso) que faz a captação da água para usos restritos no ambiente doméstico. É considerada uma das melhores e mais eficazes alternativas quando o assunto é economizar água e pode ser instalada em casas, apartamentos e condomínios.
Ela funciona da seguinte maneira: a água da chuva é levada pelas calhas a um filtro, que eliminará mecanicamente impurezas, como folhas ou pedaços de galhos. Um freio d'água impede que a entrada de água na cisterna agite seu conteúdo e suspenda partículas sólidas depositadas no fundo (isso é positivo - confira a explicação aqui).
Por ser proveniente da chuva, a água obtida não é considerada potável (por poder conter desde partículas de poeira e fuligem, até sulfato, amônio e nitrato), portanto, não é adequada para consumo humano. Ainda assim, pode ser usada nas tarefas domésticas que mais consomem água, como lavar a calçada, o carro e até no vaso sanitário (porém tome muito cuidado na hora de instalar sua cisterna no encanamento de sua casa para que a água não chegue perto de uma torneira com água voltada para beber).
Muitas cisternas são enterradas para evitar a incidência de luz solar e, por conseguinte, a proliferação de algas e outros micro-organismos. Entretanto, existem modelos de cisternas que não necessitam ser enterradas, diminuindo o custo da obra.
Salientamos que é necessário a instalação de filtros na sua cisterna. Caso contrário, os riscos de contaminação podem ser muito grandes.
Vantagens
É uma atitude ecologicamente responsável, pois reaproveita a água da chuva em vez de utilizar o precioso recurso hídrico potável, diminuindo sua pegada hídrica;
Pode ser instalada em qualquer ambiente: rural ou urbano, casa ou apartamento;
Representa uma economia de 50% na conta de água;
Possui diferentes capacidades de acordo com as suas necessidades - desde mil litros até 16 mil litros;
Ajuda a conter enchentes ao armazenar parte da água que, caso contrário, iria para rios e lagos e diminui sua quantidade no esgoto;
Ajuda em tempos de crise hídrica e até está sendo utilizada em áreas do sertão nordestino como forma de combate às secas;
Pode-se criar uma cultura de sustentabilidade ecológica nas construções, o que poderá garantir uma cisterna em cada casa construída no futuro.
Desvantagens
É necessário disciplina, as calhas devem ser limpas para impedir contaminação através de fezes de ratos ou de animais mortos e mantidas em boas condições;
O interior da cisterna também deve ser limpo periodicamente;
A instalação, se for ligada à rede de encanamentos da casa, precisará de um profissional para rearranjar os encanamentos (lembrando que a água não pode ser utilizada para consumo porque não é potável), porém, em muitos casos, o investimento é devolvido no primeiro ano, senão nos primeiros meses;
Algumas cisternas de plástico podem deformar com o tempo, ou apresentar rachaduras. Procure uma com filtro anti-UV 8 ou construa uma de alvenaria;
Caso seja enterrada (ou subterrânea), seu custo de instalação será maior.
Alunos : Luiz Antonio Felisberto, Djonatan Damacena de Souza
Aproveitamento de água da chuva com ozônio: um recurso que literalmente cai do céu
A água da chuva é um recurso valioso e gratuito, que literalmente cai do céu. Aproveitar a água de chuva é uma tendência nas construções modernas e sustentáveis, pois permite aproveitar um recurso disponível, que contribui para economizar na conta da água, além de outras vantagens:
• A água pluvial é gratuita, apenas há custos no projeto de captação;
• A redução do escoamento superficial nas áreas urbanas, pois parte da água pluvial é coletada, armazenada e utilizadas as edificações;
• A conservação da água de qualidade para fins nobres, como as águas subterrâneas;
• Reserva de água em caso de situação de emergências;
• Acessibilidade para as comunidades carentes ou regiões de secas em contato com água para uso.
Atualmente, muitas cidades estão estabelecendo medidas que induzam a utilização de fontes alternativas para captação de água nas novas edificações.
Como funciona?
O sistema consiste em recolher, filtrar, armazenar e disponibilizar esta água para uso em área externa ou interna, de acordo com as recomendações da Norma 15527 da ABTN – Associação Brasileira de Normas Técnicas. De acordo com a norma, a água de chuva só deve ser usada em ambientes urbanos para fins não potáveis (isto é, não deve ser usada para beber, banho, lavagem e cozimento de alimentos). Entre seus principais usos estão: banheiro (descarga de vasos sanitários); regas de hortas e jardins; lavagem de pisos, quintais e automóveis.
Usualmente, os sistemas preveem o aproveitamento da água do telhado (1 litro para cada metro quadrado de telha). A primeira água é descartada, para eliminar os poluentes e depois é dirigida para um filtro que remove as sujidades e detritos (FILTRO CENTRÍFUGO). Após esta etapa, a água é direcionada para um FILTRO DE CARTUCHO, que remove contaminantes menores, barro e impurezas. Após este processo de filtragem, a água é direcionada para uma CISTERNA e o sistema de OZÔNIO, mantém a água desinfetada, livre de microrganismos e algas. Para maior segurança e viabilidade, o sistema deve ser automático, com um controlador ORP, que mantém a concentração e ozônio adequada durante o tempo de armazenagem da água, independente do nível de água do sistema.
Uma BOMBA de recalque ou pressurizadora alimenta os pontos de consumo (caixa d’água não potável e/ou torneiras externas de uso restrito), e abastece a cisterna ou a caixa de água não potável elevada automaticamente em caso de consumo acima da capacidade ou estiagem. O sistema deve ser dimensionado de acordo com o índice pluviométrico médio do local onde será instalado e deve ser projetado para suprir a necessidade de água do condomínio ou residência em questão.
Por que utilizar ozônio?
A água que fica na cisterna poderá ser tratada com ozônio, é um oxidante natural muito eficiente, é 10X mais oxidante que o cloro e é utilizado em processos industriais, no tratamento de águas e do ar. O gás reage com poluentes, elimina cor e odor e ainda possui a capacidade de reduzir ou controlar a carga microbiana. Como ele decompõe-se em oxigênio, é uma alternativa ambientalmente apropriada para biocidas/oxidante halogenados como o cloro.
Comparado ao cloro, o ozônio oferece muitas vantagens, pois é um processo sustentável e não deixa resíduos. O cloro tem sido utilizado como produto de primeira escolha no tratamento de águas no Brasil, no entanto sabe-se que muitos subprodutos são derivados da ação oxidante do Cloro, como a formação de THM (trihalometanos), cloraminas, dioxinas que são produzidas na reação de cloro com matéria orgânica. Estas substâncias são reconhecidas como carcinogênicas.
Em atendimento aos crescentes padrões de qualidade para água, o ozônio aparece como uma alternativa como um produto oxidante altamente eficiente, que não gera produtos químicos ou intermediários residuais.
O uso de túneis de Vento na Construção civil
Por Angela Gonçalves e Lucas Ronchi.
Os Tuneis de vento são uma grande estrutura que podem simular o comportamento do ar nos objetos inseridos dentro dele. A instalação permite observar o movimento do ar ao redor dos itens, o que não é possível realizar facilmente em uma situação normal. Muito usado para projetos de carros, aviões e construção civil.
Os projetos estruturais são baseados na norma brasileira NBR 6123:1988 (Forças Devidas ao Vento em Edificações) que permite prever o comportamento da estrutura perante os efeitos do vento. Mas a norma apenas fornece dados para estruturas de geometria simples, porém, há situações que fogem das previstas na norma, principalmente quando se trata de estruturas com formas esféricas ou cilíndricas, edificações altas e esbeltas e pontes estaiadas.
Os ensaios no túnel de vento, preocupam-se em reproduzir as características geométricas do protótipo em modelo em escala reduzida, o qual deve ser o mais rígido possível, de forma a evitar vibrações. Medem-se a pressão nas superfícies externas e internas do modelo ou instrumenta-se o modelo com células de carga.
Projetos importantes de grandes arquitetos do Brasil e do exterior, e estádios de futebol, alguns com conceitos sustentáveis e tecnologia verde, foram testados no túnel de vento do IPT (instituto de pesquisas tecnológicas), e outros com objetivo a aperfeiçoar a estrutura.
Túnel de Vento do IPT
Referências
Instituto de pesquisas tecnológicas
(IPT), Ação do vento nas edificações. Disponivel em: < http://www.ipt.br/solucoes/369.htm>. Acesso em 28 de outubro 2016
O tubo de Pitotfoi inventado por Henri de Pitot (1695-1771), físico e engenheiro naval francês de Aramon, na região
francesa de Gard, sudoeste do
país, especialista em drenagens, construção de aquedutos como o que projetou e
construiu em Montpelier (1760),
canais abertos. E criador do
medidor hidrodinâmico tubo de Pitot(1732). Tornou-se membro da Royal Societyof London e da AcadémiedesSciences, onde
publicou vários trabalhos sobre hidráulica, estruturas, geodésia, astronomia, matemática, saneamento, etc.
Desenvolveu investigações científicas sobre as bombas e o rendimento das
máquinas hidráulicas que trouxeram grandes contribuições para a termodinâmica e
a hidrodinâmica.
OO que é
O Tubo de Pitot é um tubo com uma abertura em sua extremidade, sendo
esta, colocada na direção da corrente fluida de um duto, mas em sentido
contrário. A diferença entre a pressão total e a pressão estática da linha nos
fornecerá a pressão dinâmica a qual é proporcional ao quadrado da velocidade.
Funcionamento
O tubo de Pitot funciona basicamente como um medidor de pressão
diferencial, necessitando para isso, possuir duas pressões bem definidas e
comparadas. A primeira fonte de pressão do sistema é a pressão de impacto,
podendo ser chamada também de pressão total ou pressão de estagnação, sendo
esta pressão a soma da pressão estática com a pressão dinâmica. A sua medição
é feita através de uma tomada de pressão, a
qual é voltada contra o escoamento e alinhada com as linhas de corrente, com o intuito de receber o impacto do fluído, encontrando-se na extremidade do tubo de Pitot. •A segunda tomada de pressão é a pressão estática, que
pode ou não ser apoderada na mesma localidade do Tubo de Pitot. Geralmente
essa expugnação localiza-se nas proximidades da tomada de pressão de impacto,
se não, no mesmo corpo do Tubo de Pitot, porém podendo estar locada em uma posição totalmente
distinta da apreensão de pressão de impacto. Encontra-se sua proporção através
do uso de um pequeno orifício executado na parede da tubulação ou de outra
superfície alinhada com o escoamento, cuidando para que esta medição altere o mínimo
possível o movimento do fluído. A tomada de pressão estática precisa estar localizada numa posição de ângulo reto ao fluxo laminar do fluido, para melhor precisão. Possuindo os resultados das diferenças das pressões
encontradas, tem-se a pressão dinâmica, ou seja, é a pressão derivada da
conversão da energia cinética do fluído em pressão, através da desaceleração isentrópica do mesmo. Conhecendo essa pressão e a densidade do fluido, é possível obter a velocidade do mesmo, através
de equações convenientes. Em geral o tubo de Pitot encontra-se em áreas de fluxo laminar, sem muita
perturbação ou turbilhonamento. Na placa de
orifício à medida que o fluido se aproxima da placa há um ligeiro aumento na
pressão, após a passagem pelo orifício há uma súbita queda. Esta pressão
continua a cair até atingir um ponto de tensão mínima chamada “venacontracta”, logo a
mesma começa a subir até atingir a pressão máxima após a placa. Essa pressão
será sempre menor que a pressão anterior da placa, porém a diferença entre elas
é chamada de “perda de carga” e é importante para dimensioná-lo bombas e
outros elementos da tubulação, o
que também significa energia perdida devido
à restrição imposta na linha pela
placa. Quando atravessada no orifício, a redução da pressão é resultado do aumento em sua velocidade, o qual passa pela área reduzida. O fluido que
está escoando através da área da tubulação tende a querer passar pelo orifício que possui área menor, assim o fluido é “acelerado”, o
que causa a queda de pressão. Percebe-se neste método que à medida que a vazão no
tubo aumenta, a diferença da pressão medida antes e depois da placa (pressão
diferencial) também aumenta, sendo que essa pressão diferencial é proporcional
ao quadrado da velocidade do fluido. Supondo que todos os outros fatores
permaneçam constantes, tais como a área do tubo, área do orifício, viscosidade
do fluido etc, pode-se
verificar que a P é proporcional ao quadrado da vazão.
Aplicações
Atualmente o tubo de Pitot possui inúmeras aplicações, entre elas: aviação,
náutica, aeromodelismo, vazão de fluxo em tubulações industriais, estudos
relacionados aos fluidos, medição de temperatura (com o aparato necessário),
simples medição de pressões, altitudes, velocidades, e também auxiliando
pesquisas meteorológicas.
Aviação e o Tubo de Pitot
A aviação, este tipo de aplicação tem sido citada
frequentemente em jornais e outros meios, devido ao recente acidente do Air
France. O tubo de Pitot utilizado em
aviões tem a função de medir a velocidade dos mesmos, baseando-se na diferença
de pressão. A aplicação depende da velocidade do avião e a pressão exercida no
tubo, ou seja, conforme a velocidade do
avião aumenta ou diminui, atua-se
diretamente na pressão total
localizada na entrada do tubo,
causando a aplicação de uma força na coluna do líquido
provocando a diferença de altura “h”. Com isto é possível indicar e identificar a velocidade do avião.
Método e equipamento utilizado
O medidor de pressão diferencial utilizado foi um tubo em U, justamente
por ser muito simples e de funcionamento facilmente compreendido. Através da diferença de altura entre as colunas do fluido interno ao tubo em U, pode-se
calcular a pressão diferencial e a começar a calcular a velocidade do fluido
que está em movimento, neste caso o ar. Utiliza-se a equação de Bernouli para fluidos incompressíveis, uma vez que a
velocidade do fluido a ser medida é baixa. O medidor de pressão consiste de um
ventilador, com a finalidade de direcionar o fluxo de ar, existindo no centro
do canal duas extremidades do Tubo de Pitot. O fluido a ser colocado dentro do tubo em U deve ser de
densidade e viscosidade conhecidas. Quanto maior a densidade do fluido menor a
sensibilidade da escala, e quanto menor a densidade do fluido mais sensível
será a escala. Para se conhecer a velocidade do fluido, primeiramente
deve-se encontrar a pressão diferencial, a qual é encontrada através da medida
da diferença de altura, em milímetros, entre as colunas do tubo em U. Como já
citado anteriormente, é necessário conhecer a densidade e a viscosidade do
fluido que se encontra dentro do tubo em U. De posse da pressão diferencial
pode-se calcular a velocidade do fluido que está em movimento através das
Equações de Bernoulli para fluidos incompressíveis, já que a velocidade do
fluido é baixa. É indispensável conhecer também a densidade do fluido que está
em movimento, neste caso, o ar. A fim de se atingir o objetivo do experimento determinar o perfil de velocidade
experimental utilizou-se o seguinte método: Mediu-se a pressão piezométrica pelas diferenças de altura do tubo de PT,
obtida através dos dados coletados com o auxilio de trena de medição. Após o procedimento, foram coletados os demais dados
como, a temperatura local, o diâmetro interno da tubulação e da placa de
orifício, o líquido utilizado no manômetro 01 e 02 e a pressão atmosférica. Na tubulação onde foi instalada a placa de orifício,
através de mangueiras ligou-se um manômetro de coluna em U, determinando assim a queda de
pressão no escoamento do ar que passa pela obstrução gerada pela placa. Com o auxilio de um tubo de Pitot determinou-se a velocidade do escoamento no final do túnel de vento.
Materiais utilizados
Os materiais utilizados para a realizar este
experimento em laboratório foram: uma bancada composta por um conjunto de tubulações, cujo diâmetro é de 52 mm; válvulas; um reservatório de ar;
um manômetro com escala graduada e um ventilador.
TABELA COM DADOS COLETADOS
TUBO DE PITOT
ITEM
ALTURA
“Δh”
VAZÃO 1
“Δh”
VAZÃO2
1
3,5 cm
4
mm
4
mm
2
2,5 cm
5
mm
3
mm
3
1,5 cm
4
mm
3
mm
4
0 cm
3
mm
2
mm
PLACA DE ORIFÍCIO
Medição
“h”
Placa de orifício
1
3,7
cm
2
3,0
cm
Resultados e Discussões
Perfil de velocidade
do ar no interior da Tubulação para cada vazão:
ɣ1=ρ.g(ar)=1,184x9,81=11,61kg/ms²
ɣ2=ρ.g(água) =1000x9,81=9,810 kg/ms²
Vazão
1
Altura 3,5
V1 = √2x9,81x0,004(9810-1/11,61) = 8,14
m/s
Altura 2,5
V2= √2x9,81x0,005(9810-1/11,61) = 9,10
m/s
Altura 1,5
V3 = √2x9,81x0,004(9810-1/11,61) = 8,14
m/s
Altura 0
V4 = √2x9,81x0,003(9810-1/11,61) = 7,05
m/s
Vazão
2
Altura
3,5
V1= √2x9,81x0,004(9810-1/11,61) = 8,14 m/s
Altura 2,5
V2 =√2x9,81x0,003(9810-1/11,61) = 7,05 m/s
Altura 1,5
V3= √2x9,81x0,003(9810-1/11,61) = 7,05
m/s
Altura 0
V4 =√2x9,81x0,002(9810-1/11,61) = 5,75
m/s
Gráfico da velocidade pela altura
Item
Altura
Vazão 1 (Q1) ∆h
V (m/s)
Vazão 2 (Q2) ∆h
V
(m/s)
1
3,5
4 mm -0,004m
8,14 m/s
4 mm- 0,004m
8,14 m/s
2
2,5
5 mm- 0,005m
9,10 m/s
3 mm- 0,003m
7,05 m/s
3
1,5
4 mm-0,004m
8,14 m/s
3
mm-0,003m
7,05 m/s
4
0
3 mm- 0,003m
7,05
m/s
2 mm- 0,002m
5,75 m/s
Na vazão 1, temos a
velocidade máxima na altura 2,5 com Q1= 0,005m e uma
velocidade de 9,10 m/s. Portanto, esta
de acordo com devidas especificações que: quanto
mais distante da parede do tubo maior a velocidade, pois terá menos atrito.
Na vazão 2, temos velocidade máxima na altura 3,5 com Q2=0,004m e uma velocidade de 8,14 m/s. Esta, não está dentro das especificações, pode ter
ocorrido um erro na hora de tirar as
medidas do tubo de Pitot.
Vazão no interior da
tubulação:
Q=ύ x A
r=(D/2) = (5,2/2)cm = 2,6cm = 0,026m
A = π x r² → A= π x 0,026² = 0,002123m
Vazão 1
Altura 3,5 Q1=
8,14 x π x (0,026)²/2 = 0,00864m³/s Altura
2,5 Q2=
9,10 x π x (0,026)²/2 = 0,00966m³/s
Altura 1,5 Q3=
8,14 x π x (0,026)²/2 = 0,00864m³/s
Altura 0 Q4=
7,05 x π x (0,026)²/2 = 0,00748m³/s
Vazão
2
Altura 3,5
Q1=
8,14 x π x (0,026)²/2 = 0,00864m³/s
Altura 2,5
Q2=
7,05 x π x (0,026)²/2 = 0,00748m³/s
Altura 1,5
Q3=
7,05 x π x (0,026)²/2 = 0,00748m³/s
Altura 0
Q4=
5,75 x π x (0,026)²/2 = 0,0610m³/s
Velocidade Máxima
Vazão 1
A velocidade máxima esta situada na altura 2,5 com v= 9,10m/s. Pois, quanto
mais longe do atrito das paredes do tubo maior será a velocidade.
Vazão 2
A velocidade máxima esta situada na altura 3,5 com v= 8,14m/s. Esta deve ter
ocorrido à medição errada no manômetro, pois de acordo com as bibliografias
especificas também deveria estar no meio do tubo (altura 2,5).
Velocidade Média
Para cada vazão: Velocidade máxima na vazão 1 =
0,00966m³/s
Velocidade máxima na vazão 2 = 0,00864m³/s
Área = 0,02123 Vmédia= 8,619 m/sDevido à medição errada no manômetro a
velocidade média ira variar também.
A vazão medida pela diferença pressão a Montante e a
Jusante à placa;(Placa de Orifício).
*Medição 1
h = 3,7cm = 0,037m
V = √2x9,81x0,037(9810-1/11,61) = 24,76 m/s
Q1= 24,76 x π x (0,026)²/2 = 0,026m³/s
*Medição 2
h = 3,0cm = 0,03m
V = √2x9,81x0,03(9810-1/11,61) = 22,30 m/s
Q2= 23,30 x π x (0,026)²/2 = 0,023m³/s
Há uma diferença nos valores da vazão para o tubo de Pitot e na placa de
orifício, porque o orifício onde
passa o fluido é menor na placa do que no tubo
de Pitot, causando
assim uma pressão maior.
Considerações Finais
Após ter colhido os dados e feito os cálculos
conclui-se que a velocidade no centro do Tubo de Pitot é
maior que nas extremidades. Por consequência,
conforme o “tubinho” vai se aproximando da parede do
tubo a velocidade vai
diminuindo, isso ocorre devido à maior pressão e menor velocidade. E, devido às
medições no manômetro na hora do ensaio existiu um erro em relação aos
resultados obtidos reais. A
velocidade do escoamento é máxima no centro da
tubulação e vai diminuindo até que se anula nas
paredes. Isto se deve ao efeito
de escoamento de fluidos viscosos em tubulações. Os resultados obtidos
apresentaram valores próximos, independendo da vazão. Conclui-se que este método de medição de
vazão pode
ser eficiente desde que se tenha maior precisão na coleta dos dados e seus
cálculos.
VÍDEO COM EXPERIMENTO
(Link do vídeo no youtube: https://www.youtube.com/watch?v=zMeIqFa2mv8)
Referencias
FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan T. Introdução à mecânica dos fluidos. 6. ed. Rio de Janeiro, 2006.
Da Silva, Tadeu Hudson. Mecânica dos fluidos e fenômenos de transporte. 4 ed. Minas Gerais, 1996
NICOLAU, Vicente de Paulo; GUTHS, Saulo. Medição de Velocidade de Escoamentos com o Tubo de Pitot. 2001. Disponível em:
.
GUIMARÃES, Kelvin Gama. Inserção do Tubo de Pitot nas aulas de fenômenos de transporte
experimental. 2016. 40 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia
Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2016. Disponível
em:
.
COELHO, Pedro. Viscosidade:
Dinâmica e Cinética. 2015.
Disponível em:
.
GOMES, Maria Helena Rodrigues. Apostila de Mecânica dos Fluídos. Disponível em:
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OLIVEIRA, Marcos Aurélio Barbosa de. Conceitos de física básica que todo cirurgião
cardiovascular deve saber. Parte I - Mecânica dos fluídos. 2010. Disponível em:
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ALUNAS: CAROLINA S. HEIDEMANN E NATALIA V. MARTINS
