Princípio de Venturi

Tubos de Venturi

O Tubo de Venturi é um aparato criado por Giovanni Batistta Venturi para medir a velocidade do escoamento e a vazão de um liquido incompressível através da variação da pressão durante a passagem deste líquido por um tubo de seção mais larga e depois por outro de seção mais estreita. Este efeito é explicado pelo princípio de Bernoulli e no princípio da continuidade da massa. Se o fluxo de um fluido é constante, mas sua área de escoamento diminui então necessariamente sua velocidade aumenta. Para o teorema a conservação da energia se a energia cinética aumenta, a energia determinada pelo valor da pressão diminui.

Em anexo, temos um vídeo demonstrativo, que retrata de forma clara e objetiva o Princípio de Venturi.

Outra utilidade do Tubo de Venturi é servir como aerador para lagoas. Por exemplo, no tratamento de efluentes sanitários por reação biológica, onde o efluente se decompõe por si só, é necessário utilizar aeração, que pode ser por propulsores, aeradores de superfície ou o próprio Venturi, que é ligado numa bomba submersa impulsionando a água que esta no fundo para a superfície da lagoa fazendo com que a reação biológica aconteça e ao mesmo tempo quase extinguindo o odor.

As fotos abaixo são de minha própria fabricação, onde uso para aerar tanques de efluentes sanitários.

Artigo publicado pelos alunos Rinaldo Gazola Jr. e Victor Alves da turma de Fenômenos dos Transportes, regida pela professora Mª Lucia Cochlar.

Turbina a vapor / Cavitação

O vídeo trata do funcionamento de uma Turbina a vapor. E abaixo um texto que trata da cavitação.

O que é cavitação?

 

                Chama-se de cavitação o fenômeno que decorre da ebulição da água no interior dos condutos, quando as condições de pressão caem a valores inferiores a pressão de vaporização.

                No interior das bombas, no deslocamento das pás, ocorrem inevitavelmente rarefações no líquido, isto é, pressões reduzidas devidas à própria natureza do escoamento ou ao movimento de impulsão recebido pelo líquido, tornando possível a ocorrência do fenômeno e, isto acontecendo, formar-se-ão bolhas de vapor prejudiciais ao seu funcionamento, caso a pressão do líquido na linha de sucção caia abaixo da pressão de vapor (ou tensão de vapor) originando bolsas de ar que são arrastadas pelo fluxo.

                Estas bolhas de ar desaparecem bruscamente condensando-se, quando alcançam zonas de altas pressões em seu caminho através da bomba. Como esta passagem gasoso-líquido é brusca, o líquido alcança a superfície do rotor em alta velocidade, produzindo ondas de alta pressão em áreas reduzidas. Estas pressões podem ultrapassar a resistência à tração do metal e arrancar progressivamente partículas superficiais do rotor, inutilizando-o com o tempo.

 

 

 

 
 

Cavitação em Bombas

                Como qualquer outro líquido, a água também tem a propriedade de vaporizar-se em determinadas condições de temperatura e pressão. E assim sendo temos, por exemplo, entra em ebulição sob a pressão atmosférica local a uma determinada temperatura, por exemplo, a nível do mar (pressão atmosférica normal) a ebulição acontece a 100°C.

                À medida que a pressão diminui a temperatura de ebulição também se reduz. Por exemplo, quanto maior a altitude do local menor será a temperatura de ebulição. Em consequência desta propriedade pode ocorrer o fenômeno da cavitação nos escoamentos hidráulicos.

 

 

 

Características da Cavitação

                Quando ocorre a cavitação são ouvidos ruídos e vibrações características e quanto maior for à bomba, maiores serão estes efeitos. Além de provocar o desgaste progressivo até a deformação irreversível dos rotores e das paredes internas da bomba, simultaneamente esta apresentará uma progressiva queda de rendimento, caso o problema não seja corrigido.

                Nas bombas a cavitação geralmente ocorre por altura inadequada da sucção (problema geométrico), por velocidades de escoamento excessivas (problema hidráulico) ou por problema operacional.

 

 

Equipe:

Thayse Laurentino Rosa

Douglas Luiz Coelho

Mariane Barreto Orlandi

MECFLU

O vídeo mostra experiências sobre o fluxo laminar e turbulento, e também o escoamento do fluido devido a pressão.

EQUIPE: DOUGLAS LUIZ COELHO
                 MARIANE BARRETO ORLANDI
                 THAYSE LAURENTINO ROSA

Forças ocultas

 

 

Antigamente os projetos eram desenvolvidos de maneira empírica e era mais difícil avaliar o resultado das soluções encontradas para trens, carros, aviões e outros meios de transporte. Com o passar do tempo e a disseminação dos túneis de vento, que permitiram simular condições de uso em laboratório, a aerodinâmica evoluiu rapidamente.

Segundo especialistas, o ar pode responder por até 70% das forças que se opõem ao deslocamento. Essa interferência varia de acordo com as características dos carros e com a velocidade. No trânsito urbano, a resistência do ar é nula. Nas estradas, ela se manifesta com maior intensidade.

A influência do ar em função das características dos veículos é representada por um índice conhecido como coeficiente de arrasto (Cx). Pesquisas apontam que a cada 0,01 ganho nesse índice, cerca de 40 ml de combustível são economizados e 1 grama de CO2 deixa de ser emitido, isso em um trajeto de 100 km, a uma velocidade de 130 km/h.

CURIOSIDADES:

Qual seria o campeão em aerodinâmica: num hatch popular ou em um F-1?

A resposta correta é um Hatch popular: o Cx de um hatch de rua fica em torno de 0,30, enquanto o de um F-1 é de 1,2.

PERSIANA



O ideal seria a dianteira totalmente fechada, para facilitar a passagem do ar pela carroceria. Mas o motor precisa de refrigeração. A solução encontrada pela RAM, na picape 1500, é uma grade que varia sua abertura de acordo com as condições de uso do carro e de trabalho do motor. Segundo a Ford, esse recurso melhora em até 6% a aerodinâmica.

DE PASSAGEM



O fechamento da parte inferior do carro permite que o ar passe livremente, sob o assoalho, sem encontrar nichos e ressaltos que perturbem seu caminho. O novo Chevrolet Malibu tem sua área inferior quase totalmente revestida por placas de plástico que, segundo a GM, melhoraram o Cx do sedã em 0,01, gerando uma redução média de 0,17 km/l no consumo de combustível.

AR ENCANADO


Estes são lugares propícios ao surgimento de turbulência que dificulta o deslocamento do veículo. Pensando em canalizar o ar nessa região, a Mercedes dotou o hatch Classe A de uma peça plástica, que trabalha como um spoiler, na parte inferior do carro, organizando o fluxo próximo às rodas.

ASA DO BESOURO



A traseira é outro ponto de turbulência, que tende a frear o carro. Os aerofólios servem para minimizar esse efeito, diminuindo a turbulência, como é o caso do novo VW Fusca. Mas, ao contrário do que ocorre com os carros de competição, o benefício dessas asas em modelos de passeio é controverso, uma vez que sua influência só seria sentida em altas velocidades.

ARRASTÃO



Pequenos ressaltos em locais estratégicos, como no para-choque dianteiro e nas extremidades da carroceria, podem ajudar bastante a reduzir o arrasto de um automóvel. Segundo a Ford, graças a esses recursos, ela conseguiu melhorar 11% o Cx do novo EcoSport, em comparação ao antecessor, alcançando o índice de 0,37, ante o 0,41 do anterior.

RODA LIVRE

O conjunto de roda/caixa de roda é responsável por cerca de 30% de todo o arrasto gerado por um carro, segundo a BMW. Para diminuir esse índice, a fabricante desenha rodas, com raios mais largos e pontas trabalhadas, que lembram o desenho de hélices, para fazer com que o ar atravesse a lateral do carro suavemente, minimizando o aparecimento de vibrações.

Fonte: Revista Quatro Rodas.

EQUIPE: DOUGLAS LUIZ COELHO
                  MARIANE BARRETO ORLANDI
                  THAYSE LAURENTINO ROSA

O TUBO DE PITOT E A AVIAÇÃO

Funcionamento 

O tubo de pitot é um sensor de reconhecimento de pressão que possibilita o funcionamento de um dos mais importantes instrumentos de uma aeronave, o velocímetro.

Ele é instalado paralelamente ao vento relativo e com um orifício voltado diretamente para o fluxo de ar resultante da velocidade aerodinâmica da aeronave. Esse orifício se comunica com o interior de uma cápsula, instalada no velocímetro da aeronave. A caixa do instrumento recebe a pressão estática do ar, que não é afetada pela variação de velocidade da aeronave.

Quando a aeronave está estacionária e não há vento relativo, nem real, a pressão que entra pelo orifício do pitot é somente a pressão atmosférica. A cápsula permanece então em uma posição neutra e a velocidade indicada é zero. Quando a aeronave se desloca na massa de ar, o vento relativo causa um aumento na pressão de ar admitida pelo orifício do tubo de pitot, em relação à pressão estática, e essa "pressão de impacto", somada à pressão estática, faz a cápsula expandir. O movimento de expansão da cápsula é transmitido aos ponteiros do velocímetro por hastes e engrenagens, o que faz o ponteiro se movimentar, indicando ao piloto a velocidade da aeronave.

 

Fig.1 - Tubo de pitot.



Esquema do funcionamento do tubo de pitot.

Explicação teórica 

A equação abaixo, explica teoricamente o funcionamento de um tubo de pitot, onde a velocidade está relacionada com a pressão do local e com a densidade específica deste mesmo fluido:

Onde V é a velocidade aerodinâmica, ρ a densidade do fluido (neste caso o ar), ps a pressão estática e pt a pressão total ou de estagnação. Esta última podendo ser obtida por:

Teoricamente, então, o processo é muito simples. Na prática, porém, é mais complicado. Uma aeronave não voa em ambientes de pressão constante e, consequentemente, de densidade constante do ar. Outro problema está no fato de que as equações apresentadas só valem para fluidos incompressíveis, e, em aeronaves que voam em alta velocidade, acima de 250 Knots (equivalente a a 463 Km/h), teremos que considerar os efeitos da compressibilidade que ocorrem devido a essa alta velocidade. Ou seja, teremos uma variação da densidade do ar, assim como alterações na pressão devido a compressão exercida pela velocidade do ar.

Outros problemas que podem dificultar a leitura de pressão são decorrentes do ponto onde são instalados os tubos e os problemas práticos que o mesmo pode sofrer por obstruções de água, gelo, objetos estranhos ou insetos. Para não ocorrer este tipo de obstrução é utilizado um lacre de segurança no tubo de pitot, porém deve-se ter cuidado em não se esquecer de removê-lo antes da decolagem, pois problemas como este já ocasionaram acidentes graves.

Fig. 2 – Lacre de segurança.

Os tubos de pitot geralmente são instalados sob as asas do avião, ou nas laterais do nariz. Em aeronaves supersônicas, é geralmente instalado em um longo tubo no nariz, para evitar quaisquer interferências provocadas pela passagem da estrutura do avião no fluxo de ar.


Portanto, as causas que podem levar a inoperância do Tubo de Pitot são:

· Não retirada da capa de proteção antes do vôo;

· Entupimento por insetos (abelhas, marimbondos), que constroem casas com cera ou barro;

· Entupimento por congelamento;

· Falta de manutenção e limpeza.


Problemas causados pelo seu mau funcionamento do tubo de Pitot

A partir do momento que o Tubo de Pitot deixa de funcionar o piloto fica sem referência de indicação de altitude e velocidade que são registrados no painel da cabine de pilotagem, essas informações são cruciais para que se possa ter um vôo com segurança.





Em 31 de Maio de 2009 ocorreu um acidente ocasionado por uma falha no tubo de pitot. O Air France 447 com partida do Rio de Janeiro em direção a Paris caiu no oceano Atlântico a uma velocidade de 187 km/h, levando 228 passageiros a óbito. O mesmo voava no piloto automático no momento do entupimento por congelamento dos orifícios do tubo de pitot levando o altímetro e velocímetro a registrarem, respectivamente perda de altitude e velocidade de forma errada. Isto foi ocasionado, pois deixou de captar a pressão estática e aerodinâmica.

No momento em que o piloto automático captou alteração nos registros de altitude e velocidade passou a supri-las acionando automaticamente os manetes de potência e fazendo com que a aeronave subisse. Este comando equivocado fez com que o avião perdesse sustentação e viesse a entrar em queda.

Outro exemplo trágico e bem conhecido que teve como fator contribuinte a obstrução do tubo de pitot, foi o acidente com o Boeing 757-225, que apresentou indicações inválidas no velocímetro do comandante, afetando o piloto automático e enganando os tripulantes, juntamente com uma série de erros de coordenação o Boeing acabou caindo no Mar do Caribe, vitimando 186 pessoas a bordo.

                                    

Vídeo sobre o acidente.

Acadêmicos: Ariany Giassi

Beatriz Fretta Machado

Leandro Capanema Faust

A pressão exercida sobre a superfície da terra é chamada de pressão atmosférica e é medida por meio de um equipamento conhecido como barômetro. Sabendo que ao nível do mar a pressão atmosférica é da ordem de 1 atm. (definida como 101 325 Pa). Se a força exercida pelo ar aumenta em um determinado ponto, consequentemente a pressão também aumentará. Essas diferenças de pressão têm uma origem térmica estando diretamente relacionadas com a radiação solar e os processos de aquecimento das massas de ar. Embora o ar seja extremamente leve, não é desprovido de peso.

No vídeo, Usando uma lei básica da física, é possível fazer uma bexiga encher sozinha dentro de uma garrafa sem dar um sopro sequer, pois mostra a ação da pressão atmosférica sobre uma pressão inferior, para a demonstração basta encher uma garrafa de vidro com água quente, deixe a água até perceber que o vidro já esta inteiro aquecido, depois esvazie-o e encaixe a bexiga na boca da garrafa. O balão começará a encher para dentro conforme a garrafa esfriar.

Isso ocorre pois a pressão dentro do vidro começará a cair enquanto ela esfria. A pressão atmosférica então empurrará o ar para dentro da garrafa, enchendo a bexiga. O ponto de equilíbrio será alcançado quando a bexiga estiver totalmente cheia dentro da garrafa.

Francyel Corrêa

Jéssica Correa de Brobio

Patrícia Eliza Coelho Germano

Coletes à prova de balas

Coletes à prova de balas

Uma aplicação bastante recente dessas ideias está no uso de fluidos especiais —denominados pseudoplásticos — na área de segurança, visando ao aperfeiçoamento de coletes à prova de balas, que são muito usados em conflitos urbanos. Em sua concepção tradicional, esses coletes são fabricados usando-se fibras sintéticas especiais, como o Kevlar.

O que aconteceria se as fibras (meio poroso) fossem embebidas em um fluido (não newtoniano)?

Primeiramente, o colete fica mais flexível e, portanto, mais confortável, quando não está sujeito ao estresse. Quando um projétil entra em colisão com esse material (fibra + fluido), fluido se torna instantaneamente muito mais viscoso, melhorando substancialmente o desempenho protetor da vestimenta.

Mas a coisa não fica só nisso. As abordagens decorrentes desse trabalho podem vir a subsidiar estudos ligados a outros fenômenos de transporte que podem ocorrer concomitantemente com o escoamento, como o transporte de partículas sólidas e de aerossóis, bem como a transferência de massa e calor em meios porosos, para ficarmos em poucos exemplos.

Os resultados advindos desses estudos serão fundamentais em aplicações relevantes ligadas ao desenho de novos processos de separação de misturas (por exemplo, a cromatografia e o fracionamento de partículas por tamanho). Mais: permitirá o projeto de dispositivos que abrirão enormes perspectivas para o desenvolvimento de novos processos químicos, com melhor desempenho e menor consumo de energia.

Acadêmicos do curso de Engenharia Civil:

Gustavo Buss Sônego

Thiago Oliveira Cittadin