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Medidor Venturi

Autor:
Instituição: Universidade Fumec - BH
Tema: Mecânica dos Fluídos

Medidor Venturi


01 – INTRODUÇÃO

Estudam-se os conceitos de mecânica dos fluidos para que se compreenda o desenvolvimento do projeto da instalação hidráulica básica de bombeamento, instalação que tem apenas uma entrada e uma saída.

Desenvolver este tipo de projeto significa estar em condições de:

Neste trabalho falaremos sobre o Medidor Venturi especificamente, mas existem outros aparelhos medidores de velocidade e vazão, tais como: Tubo de Pitot, Placa de orifício e convergentes.


02 – DESENVOLVIMENTO

02.01) DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO

Giovanni Batista Venturi foi o primeiro cientista a demonstrar, em 1797, o princípio de funcionamento do tubo de Venturi, sendo que o primeiro cientista a fazer medições com o tubo de Venturi foi Clemens Herschel em 1887, que chamou ao tubo de Venturi, medidor de Venturi. Apesar das modificações feitas no interior do tubo, com a finalidade de manter constante o coeficiente de descarga, o desenho do tubo de Venturi standard mantém-se ainda hoje muito parecido ao projetado por Herschel originalmente. O Tubo de Venturi insere-se nos medidores de caudal em que o que é medido é a velocidade, através da medição direta da pressão diferencial.

Entre os medidores de vazão por obstrução de área estão os medidores Venturi, a placa de orifício e o bocal. Estes medidores são aplicados para medir escoamentos de fluidos em tubulações. Uma abordagem mais detalhada dos fenômenos do escoamento que ocorrem nestes medidores pode ser encontrada nas referências [1] e [2].

Em tais dispositivos a vazão é obtida medindo-se a diferença de pressão do escoamento do fluido entre seções convenientes do escoamento. Isto é, a diferença de pressão duas seções do escoamento no medidor é proporcional à vazão que escoa por ele. A diferença de pressão é produzida por efeitos inerciais - a aceleração do escoamento devido à obstrução do escoamento (por exemplo, a redução de área da garganta do venturi) - e viscosos, isto é, a perda de carga.

Figura 1. Representação esquemática de um venturi com identificação da obstrução e dos planos de medida da diferença de pressão.

02.02) FINALIDADE DA UTILIZAÇÃO

No tubo venturi, existem três partes importantes: o cone de entrada, destinado a aumentar progressivamente a velocidade do fluido, a parte intermediária cilíndrica, onde se faz a medição de baixa pressão, e o cone de saída, que diminui progressivamente a velocidade até ser igual à de entrada. O interesse principal do tubo de Venturi em relação à placa de orifício é a baixa perda de carga residual que ele produz, o que torna seu uso interessante para instalações industriais onde esta característica é importante (tratamento de água, ar de combustão, etc.).

Em tais dispositivos a vazão é obtida medindo-se a diferença de pressão do escoamento do fluido entre seções convenientes do escoamento. Isto é, a diferença de pressão duas seções do escoamento no medidor é proporcional à vazão que escoa por ele. A diferença de pressão é produzida por efeitos inerciais - a aceleração do escoamento devido à obstrução do escoamento (por exemplo, a redução de área da garganta do venturi) - e viscosos, isto é, a perda de carga.

Para instalação de dutos de ar de combustão para caldeira (mas não limitado a esta aplicação) são, às vezes, usados sistemas de tubo Venturi de seção retangular ou quadrada. Este tipo permite uma fabricação com chapas planas de aço com custo muito reduzido.

02.03) TIPOS DE MEDIDORES VENTURI

02.03.01) Medidor Venturi Excêntrico

Este tubo é adequado para medir vazão de líquidos com sólidos em suspensão.

Suas geratrizes inferiores dos cones e do tubo de medição estão no mesmo plano, de forma a evitar a formação de bolsas, onde os sólidos poderiam acumular-se.

A passagem do fluxo líquido faz uma auto limpeza contínua.

02.03.02) Medidor Venturi Clássico

Chamado de truncado quando o diâmetro de sua extremidade cônica e a jusante é inferior ao diâmetro da tubulação. Prevê a utilização deste tubo apenas para medição de vazão de líquidos e sendo este fundido em areia com garganta usinada poderá ser utilizado em tubulações de 100 a 800mm e para relações de diâmetros b compreendidas entre 0,3 e 0,75. O tubo Venturi clássico com cone convergente usinado poderá ser utilizado em tubulações de 50 a 250 mm e para relações de diâmetros b compreendidas entre 0,4 e 0,75.

Já o tubo convergente em chapa soldada bruta pode ser utilizado em tubulações de 200 a 1200 mm e para relações de diâmetros b compreendidos entre 0,4 e 0,7.

Os tubos Venturi clássico com cone convergente bruto de fundição, Venturi clássicos com cone convergente usinado, Venturi com cone convergente em chapa bruta soldada. Estes tubos são usados freqüentemente e devemos observar que a passagem do fluido pelo elemento primário não provoque mudanças de fase quanto a sua natureza. Deverá ser cuidada que a P2/P1 fique superior a 0,75, quanto a relação de pressão.

A norma ISSO/R 781 prevê a utilização do tubo Venturi clássico apenas para medição de vazão de líquidos. Entretanto, já existem estudos e propostas de normalização de sua aplicação a fluidos compressíveis. A faixa de aplicações destes elementos primários depende de seu modo de construção, de acordo com a descrição que vem a seguir.

02.03.02.01) Tubo de Venturi com cone convergente bruto de fundição

Trata-se de tubo de Venturi clássico fundido em areia, ou construído por qualquer outro método que deixe um acabamento superficial semelhante ao obtido por fundição em areia. A garganta deverá ser usinada e as interseções entre cilindros e cones deverão ser arredondadas.

Este tubo pode ser utilizado em tubulações de 100 a 800 mm e para relações de diâmetros compreendidas entre 0,3 e 0,75 inclusive.

02.03.02.02)Tubo de Venturi com cone convergente usinado

Trata-se de tubo de Venturi clássico fundido ou construído como descrito acima, mas cujo cone de entrada é usinado, assim como a garganta e o cilindro de entrada. As interseções entre os cilindros e os cones poderão ser arredondadas ou não.

Este tubo pode ser utilizado em tubulações de 50 a 250 mm e para relações de diâmetros compreendidas entre 0,4 e 0,75 inclusive.

02.03.02.03) Tubo de Venturi com cone convergente em chapa soldada bruta

Trata-se de tubo de Venturi clássico que é geralmente fabricado por calandragem e soldagem e que não é usinado quando tem grandes dimensões, mas cuja garganta é usinada no caso de dimensões menores.

Este tubo pode ser utilizado em tubulações de 200 a 1200 mm e para relações de diâmetros compreendidas entre 0,4 e 0,7 inclusive.

02.03.02.04) Instalação de um tubo Venturi Clássico

Para a instalação de um tubo Venturi clássico são necessárias as seguintes precauções:

02.03.03) Medidor Venturi Seção Retangular

Este medidor encontra muitas aplicações em instalações onde a precisão da medição não é o que importa mais, e sim a existência de um sistema que sirva de referência como parâmetro de controle. É o caso da medição de fluxo de ar de combustão em caldeiras onde o valor de vazão de ar em si não importa, e o que se deseja é obter um sinal repetitivo para a malha de controle de relação ar-combustível.

02.03.04) Medidor Venturi Bocal

Reúne algumas vantagens do tubo de Venturi e do Bocal de vazão, mas apresenta também inconvenientes destes elementos primários. As perdas de cargas residuais são sensivelmente iguais às dos tubos de Venturi e o comprimento necessário para a sua instalação é mais curto.

Sua fabricação é mais elaborada que a de um bocal de vazão e, provavelmente, menos custosa que a de um tubo de Venturi.

Os Venturis-bocais normalizados permitem proceder a medições de vazões com perda de carga residual muito inferior àquelas que seriam obtidas por bocais de vazão, ou uma placa de orifício para uma mesma pressão diferencial.

02.03.04.01) Características Estruturais

O perfil de um Venturi-bocal se compõe de uma parte convergente em curva de uma garganta cilíndrica e de um cone convergente divergente. Reunidos em seqüência num mesmo eixo.

A garganta deverá ter um diâmetro entre 50 e 390 mm, aproximadamente, devendo ser cilíndrica e nenhum diâmetro deverá diferir do diâmetro calculado.

O Cone divergente deverá ser unido à parte E da garganta sem arredondamento, porém sem irregularidades. O ângulo do cone divergente deverá ser inferior a 30 graus.

02.04) MATERIAIS DE FABRICAÇÃO

Os Tubos de Venturi poderão ser fabricados usando-se qualquer material desde que sejam realizados e fiquem conforme as descrições anteriores.

Recomenda-se reunir em uma só peça o cone convergente B e a garganta C. Caso o cone seja usinado, construir a garganta e o cone convergente em uma só peça, entretanto, caso sejam realizados em peças distintas, elas deverão ser montadas juntas antes dá usinagem final da superfície interna.

O cone divergente deverá ser centrado com relação à garganta, de forma que não haja descontinuidade de perfil entre as duas partes.

O Venturi-bocal é geralmente fabricado em metal e deve ser, de preferência resistente a corrosão e à erosão. Este poderá ser truncado da mesma forma que o tubo de venturi clássico.

02.05) MEDIÇÃO DE VAZÃO DE FLUIDOS POR MEIO DE VENTURI

Os tubos de Venturi são freqüentemente usados para tais medições e as seguintes informações deverão ser observadas nestes casos:

Figura 2. Escoamento em um bocal divergente; lento (à esquerda, velocidade 0,3 ~0,4 m/s) e rápido (à direita, 1,5 ~ 2,0 m/s); fluido: água; ângulo divergente: 20o; visualização: método dos traçadores.


03 – CONCLUSÃO

Por ser o medidor de Venturi um dispositivo utilizado para medir descargas em tubulações, ocorre então que todo o fluido que escoa pelas tubulações é conduzido através da contração de uma seção da garganta da tubulação, de maneira que se produz um aumento considerável na velocidade de escoamento, e uma conseqüente diminuição da pressão. Sendo que esta diminuição de pressão é uma função da vazão.

O medidor Venturi se baseia na aplicação da equação de Bernoulli, ao sistema e é formado basicamente por 3 partes principais: uma secção convergente, outra divergente e uma secção intermediária que constitui no estrangulamento do medidor. Este tipo de medidor se caracteriza por produzir uma pressão diferencial apreciável sem, no entanto, aumentar excessivamente a perda de uma carga no circuito hidráulico.


04 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFIAS

DELMÉE,Gérald Jean,Manual de Medição de Vazão.

3 ed. São Paulo: Editora Edgard Blûcher Ltda.1995

Sites:

http://www.escoladavida.eng.br/meflubasica/apostila

http://www.if.ufrj.br

http://www.fisica.ufc.br

http://www.dee.ufma.br/arquivos

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