Introdução

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 (figura 1).

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.

Figura 1

O medidor Venturi é constituído de uma seção a montante do mesmo diâmetro do conduto, que através de uma seção cônica convergente (ângulo geralmente de 20 a 30º); o leva a uma seção mínima, garganta do Venturi, e através de uma seção cônica divergente (ângulo geralmente de 5 à 14º) gradualmente retorna ao diâmetro do conduto.

O difusor cônico divergente gradual à jusante da garganta fornece excelente recuperação da pressão; e isto garante uma pequena perda de carga neste tipo de aparelho, perda geralmente compreendida entre 10 a 15 por cento da carga de pressão entre as seções (1) e (2).

Dados experimentais mostram que os coeficientes de descarga para os medidores de Venturi variam de 0, 980 a 0, 995 para nº. de Reynolds elevados ( Re > 2x105).

Tubo de Venturi

O tubo de Venturi foi criado pelo físico Italiano GIOVANNI BATTISTA VENTURI (1746 - 1822) nascido em Bibiano, hoje Reggio nell'Emilia, ordenado padre aos 23. Discípulo de Luigi Spallanzani ordenou-se sacerdote (1769), e neste mesmo ano foi indicado para ensinar lógica no seminário de Reggio Emilia.

Estudou física e química em Paris e, posteriormente, foi professor de física experimental na Escola de Engenheiros Militares de Modena até passar a ensinar geometria em 1774 na Università di Modena. Em 1776, tornou-se professor de física em Pávia. Neste período iniciou sua atividade científica como pesquisador em mecânica, hidráulica, meteorologia, eletricidade, ótica e acústica. Em 1797 publicou Recherches expérimentales sur le principle de comunication latérale dans fluides, no qual descreve os princípios de um importante dispositivo hidráulico para determinação da velocidade média do escoamento, o tubo de Venturi. Ele observou que, em um tubo dotado de um setor estrangulado e pelo qual escoa um fluido, existe uma diferença de pressão entre o setor estrangulado e setor de seção constante maior na entrada do setor estrangulado e menor na saída desse mesmo setor. Estudioso do comportamento dos fluidos escoando através de orifícios e bocais, principalmente em relação às contrações e expansões, também pesquisou sobre ressaltos hidráulicos.

O tubo de Venturi é constituído por nós, um convergentes e outro divergente, unidos por uma parte cilíndrica denominada "pescoço" de Venturi. A redução de diâmetro no "pescoço" cria uma perda de carga, dado que a pressão em um ponto do "pescoço" é inferior que a pressão antes do mesmo; veja na figura abaixo um tubo de Venturi em corte.

O tubo de Venturi é utilizado para misturar uma pulverização fina de um gás junto com um liquido, como acontece no carburador de um motor a combustão. A gasolina da câmara de flutuação e pulverizada em finas gotas quando é aspirada na forma de um jato, devido a baixa pressão na garganta do tubo de Venturi por onde tem de passar antes de ser misturada com o ar. Um outro exemplo, é a passagem de ar supersônico através de um convergedor-divergedor de Venturi utilizados em aviões de altas velocidades, como os caças.

Material Utilizado

Para o experimento foi utilizado os seguintes itens:Cronômetro;Bomba d’água;Caixas de água;Reservatório com régua para medir volume (30 cm comprimento por 20,5cm de largura);Tubo de Venturi (diâmetro maior: Ø 21,00 mm, diâmetro menor: Ø 10,00 mm);Manômetro;Tubulação de passagem d água.

Procedimentos realizados

Eis os passos seguidos para a realização do experimento.

Ligar a bomba;Fechar todo o registro de água;Fechar o tampão do reservatório;Abrir parcialmente o registro de água;Direcionar o jato de água para o reservatório graduado;Acionamento do cronômetro quando o nível de água atingir o nível 1 (altura 1);Parar o cronômetro quando o nível de água atingir o nível 2 (altura 2);Esvaziamento do reservatório graduado;Leitura da pressão no manômetro 1Leitura da pressão no manômetro 2Repetição do processo com uma abertura maior do registro de água.

Dados Coletados

AlturaLeitura Altura h1 Altura h2 Tempo

Unidade mm mm s

G101 100 190 902 100 190 603 100 190 5

G204 100 200 505 100 195 406 100 200 4

G307 100 200 1408 100 205 809 100 200 4

G410 100 190 411 100 190 412 100 190 5

G513 100 200 314 100 195 615 100 200 10

G616 100 185 517 100 200 818 100 195 9

PressõesLeitura Pressão 1 Pressão 2 ∆P

Unidade bar bar PaG1 01 0,25 0.10 15000

02 0,85 0.25 6000003 1,10 0.30 80000

G2 04 0.70 0.20 5000005 0.91 0.20 7100006 1.00 0.25 75000

G3 07 0.50 0.25 2500008 0.60 0.15 4500009 0.90 0.20 70000

G4 10 0.80 0.20 6000011 0.90 0.20 7000012 0.70 0.20 50000

G5 13 1.20 0.20 10000014 0.50 0.15 3500015 0.20 0.10 10000

G6 16 0.90 0.25 6500017 0.40 0.10 3000018 0.20 0.08 12000

Área da tubulação: A1 = 3,46*10-4; A2 = 7,85*10-5

Cálculos

Equações utilizadas:

Vazão Q=L∗C (h2−h1)

t

Equação de BernoulliPγ+ v

2

2g+Z

Equação da Continuidade v1∗A1=v2∗A2

Cálculos Realizados

Utilizando os dados do Grupo 5 (G5).

Leitura 13:

Vazão:

Q=L∗C (h2−h1)

t→ Q=

0,205m∗0,30m(0,2m−0,1m)4 s

→ Q=0,0615m2 (0,1m )

4 s

Q = 1,54 * 10-3 m3 /s

Q = 1,54 L /s

Equação de Bernoulli:P1γ

+v12

2g+Z1=

P2γ

+v22

2 g+Z2

Eliminando a cota Z por estarem no mesmo plano (PHR),

P1γ

+v12

2g=P2γ

+v22

2g

Resolvendo para v22−v1

2,

v22−v1

2=(P1−P2)

γ∗2 g

Substituindo as variáveis,

v22−v1

2=(120000−20000)

9800∗2(9,8)

v22−v1

2=200m2/ s2

Resolvendo a equação da continuidade para obter v22,

v1∗A1=v2∗A2

v2=v1∗A1A2

v2=v1∗A1A2

v22−( v2∗A2A1 )

1

2

=200m2/s2

v22−( v2∗7,85∗10

−5

3,46∗10−4 ).

2

=200m2/s2

Logo:

v2=√ 2000,95v2=14,5m

3 /s

Portanto a vazão no ponto 2 será:

Q=v2∗A2

Q=14,5∗7,85∗10−5

Q=0,00114m3 ¿ou1,14 L¿

Dados dos resultados de cada Leitura:

Leitura Q (L /s) v2 (m2/s) Q (Bernoulli)( L /s)13 1,54 14,5 1,1414 0, 974 7,95 0, 62415 0, 615 4,59 0, 360

Conclusão

O Tubo de Venturi é um medidor de Vazão com qual podemos verificar mudanças de velocidade e pressão dentro do Tubo. Um aumento de energia Cinética no fluido é compensado pela perda de Pressão, isto sendo explicado pela conservação de energia.

O coeficiente de descarga que é um ajuste entre os dados teóricos e os dados coletados devido à perda de carga pode variar dependendo do material que o tubo foi construído( Ferro Fundido, Solda interna, Rugosidade Interna) e pelo qual percorre o fluido ou o ar

Em comparação com outro medidor de Vazão como Placa de Orifício tem um custo maior, porém causa uma perda de energia menor e é mais preciso. Recomendada para escoamento elevado.

A utilização do Tubo de Venturi é amplamente empregada na Indústria e na Medicina como exemplo: Sistema Circulatório, Extintores, Carburadores dentro outras aplicações.