Mecânica dos Fluídos

LD124 TUBO DE VENTURI

tubo de Venturi é um aparato criado por Giovanni Battista Venturi para medir a velocidade do escoamento e a vazão de um líquido 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. O funcionamento do tubo ocorre devido à diferença da seção transversal. Sabe-se também que, nesse equipamento, a região central do tubo é menor que as extremidades. Assim, a velocidade do escoamento ao longo da região central do tubo será maior, o que resulta em um menor campo de pressão, devido à concentração de energia do sistema. A diferença de pressão é registrada pela diferença de altura de coluna de líquido ao longo de um tubo em U, ela é utilizada para determinar a velocidade e vazão do escoamento. Partindo do princípio de que o tubo não possui diferenças de elevação, podemos escrever a equação de Bernoulli, da seguinte maneira: {\displaystyle p_{1}+{\frac {\rho v_{1}^{2}}{2}}=p_{2}+{\frac {\rho v_{2}^{2}}{2}}} Onde: pn é a pressão exercida pelo fluido, ρ é a densidade do fluido e v representa a velocidade de escoamento do fluido. Analisando a equação acima, e considerando a região 1 como a de maior área e a 2 como a de menor área, podemos afirmar que para uma mesma vazão, quanto menor for a área, maior a velocidade de escoamento. Assim, levando em conta o exemplo acima, a velocidade de escoamento da região 2 será maior. A partir disso, para que a igualdade seja mantida (como demonstrada na equação de Bernoulli), a pressão na região 2 terá de ser menor. Essa diferença de pressão é utilizada para determinar a velocidade e vazão do escoamento. A ideia da equação pode ser exemplificada quando observamos um rio, onde, nas regiões onde a distância entre as margens é maior, a velocidade da correnteza é menor. Já em pontos onde as margens são mais próximas, a velocidade é claramente maior. A partir disso, podemos escrever os termos da equação como: {\displaystyle v_{1}A_{1}=v_{2}A_{2}} onde os termos da equação são:

  • v1 e v2 representam a velocidade de escoamento;
  • A1 e A2 denotam a área de escoamento.

Igualdade de Bernoulli e tubo de Venturi 

A equação de Bernoulli, na qual garante a igualdade para duas regiões distintas de um tubo por onde escoe um fluido,  só será mantida caso exista variação das pressões. Analisando a esquematização do tubo de Venturi, nota-se que na região central, onde a área é menor, a pressão é inferior quando comparada com as extremidades, na qual apresentam uma pressão maior, devido à sua área ser maior. Na região central – também – a velocidade é maior, devido a área ser menor. O tubo de Venturi é o equipamento que indica essa alteração nos valores das pressões, por isso os manômetros presentes na figura marcam valores distintos, pressões maiores para as áreas de secção transversal maior, e vice-versa. Pode-se afirma que, para o tubo de Venturi, a velocidade é inversamente proporcional à área, isso pode-se confirmar através da análise da equação da continuidade.

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