Medição de Vazão: Venturi, Orifício, Pitot e Bernoulli

Tubo de Venturi

O tubo de Venturi possui duas entradas em cada extremidade com um bocal. O fluido passa através do bocal, que geralmente é feito de uma só fundição e fisicamente tem os seguintes elementos:

• Uma seção a montante, com o mesmo diâmetro do tubo, equipada com um anel de latão e uma série de aberturas piezométricas para medir a pressão estática na seção.
• Uma seção convergente cônica e uma garganta cilíndrica, também providas de um anel de piezômetros de bronze.
• Uma seção cônica com uma divergência gradual até o diâmetro original do tubo. Anéis piezométricos estão ligados em cada extremidade, respectivamente, a um manômetro diferencial.

O tamanho do Venturi é especificado pelo diâmetro do tubo em que será utilizado e pelo diâmetro da garganta. Por exemplo, um Venturi de 6''x4'' se encaixa em um tubo de 6'' e tem um diâmetro de garganta de 4''.

Para obter resultados precisos, o Venturi deve ser precedido por um comprimento de pelo menos 10 vezes o diâmetro do tubo.

Quando o líquido flui do tubo para a garganta, a velocidade aumenta drasticamente e a pressão diminui. Em caso de um fluxo incompressível, a vazão transportada pela tubulação é uma função da leitura no indicador.

O tubo de Venturi possui diversas aplicações, sendo utilizado em motores como parte importante dos carburadores e em sistemas de propulsão.

Outras Características do Venturi

• É usado quando é importante limitar a queda de pressão.
• Possui uma seção cônica divergente que permite uma boa recuperação de pressão.
• É utilizado para fluidos sujos e levemente contaminados.

Placa de Orifício

A placa de orifício é composta por uma placa perfurada instalada na tubulação. O orifício possui uma abertura cilíndrica ou prismática por onde corre o fluido. O orifício é padronizado. Uma característica é que o jato gerado não toca a parede antes da saída do orifício.

A vazão pode ser determinada pelas leituras de pressão diferencial. Duas tomadas de pressão são conectadas na parte frontal e traseira da placa para capturar essa pressão diferencial.

Placas Concêntricas

Utilizadas para líquidos (com o orifício centralizado).

Placas Excêntricas

São utilizadas para medições de pressão de gás que envolvem turbulência, ajudando a limpar (evitar a aglomeração de partículas). O lado de alta pressão é posicionado de forma a evitar erros na medição.

Placas Segmentadas

São utilizadas quando o fluido transporta partículas, envolvendo turbulência. Para evitar o acúmulo de sólidos ou gases que o fluido possa transportar, a placa inclui um orifício de respiro. Entre os vários perfis de orifícios utilizados, destacam-se: "canto vivo", "quarto de círculo" e "chanfro".

Equação de Bernoulli

É um dos princípios mais úteis e famosos em mecânica dos fluidos e física, utilizado para medir a vazão. O teorema de Bernoulli afirma que a energia de um fluido em movimento, medida pela energia potencial gravitacional, energia cinética e pressão, é constante ao longo de uma linha de corrente.

Tubo de Pitot

É a forma mais antiga de medir a pressão diferencial e, consequentemente, a velocidade de um fluido em um tubo. Consiste em um pequeno tubo com a entrada voltada contra a direção do fluxo do fluido. A velocidade do fluido na entrada é zero, sendo este um ponto de estagnação, transformando sua energia cinética em energia de pressão, o que leva ao aumento da pressão dentro do tubo de Pitot.

São instrumentos simples, baratos e disponíveis em uma ampla variedade de tamanhos. Se usados corretamente, podem alcançar precisão moderada. Embora seu uso rotineiro seja medir a velocidade do ar, também são utilizados, com a ajuda de uma técnica de integração, para indicar a vazão total em grandes dutos e praticamente com qualquer fluido.

Características do Tubo de Pitot

• Mede a velocidade em um ponto.
• Suas vantagens incluem baixa queda de pressão e baixo custo, sendo, portanto, uma boa escolha para tubos de grande diâmetro e para fluidos limpos (gases).
• Consiste em um tubo de pequeno diâmetro que resiste ao fluxo, de modo que a velocidade na extremidade molhada é zero.

Operação

O orifício no tubo de Pitot capta a pressão total e a leva à conexão da sonda de pressão. A pressão estática pura é captada de um lado e levada para a conexão. A pressão diferencial resultante é uma pressão dinâmica que depende da velocidade, sendo esta analisada e indicada.

Fórmula

Uma vez calculada a diferença de pressão e a velocidade do fluido de acordo com a fórmula do tubo de Pitot, é possível, através da equação de Bernoulli, determinar a vazão total do fluido.