DETERMINAÇÃO DO PERFIL DE VELOCIDADES EM UM

DUTO UTILIZANDO TUBO DE PITOT

Jonas Araújo de Souza Silva – 2007017720

José Silvério Borela Durães – 2007017738

Universidade Federal de Minas Gerais

Departamento de Engenharia Mecânica

Laboratório de Fluidos – EMA098 – Turma E1

Prof. Dr. Rudolf Huebner

Belo Horizonte, 05 de outubro de 2011

1. INTRODUÇÃO

Um tubo de Pitot é um dispositivo comumente utilizado para determinar a velocidade de

um escoamento. O dispositivo consiste no arranjo de duas partes: um tubo que, posicionado

no sentido do escoamento, fica sujeito à pressão dinâmica imposta por este e uma abertura

paralela à direção do escoamento, sujeita à pressão estática deste. Através deste arranjo,

obtém-se a diferença das pressões dinâmica e estática do escoamento.

Da equação de Bernoulli, pode-se deduzir a equação (1), a qual mostra como a velocidade

do escoamento do ar no interior de um tubo pode ser obtida através da diferença das pressões

dinâmica e estática deste, medida com o auxílio de um manômetro.

flu ido

ar

2 * ρ * * Δ

ρ

g hv (1)

Na equação (1), v é a velocidade do escoamento, fluido e ar são, respectivamente, as

densidades do fluido manométrico e do ar, g é a aceleração da gravidade e h é o desnível no

manômetro.

A norma ASTM D3154-00 (2006), “Standard Test Method for Average Velocity in a Duct

(Tube Pitot Method)”, sugere que para a determinação da velocidade do escoamento no

interior de um duto de seção circular, as medições sejam feitas com o tubo de Pitot em seis

posições diferentes, conforme mostra a figura 1.

FIGURA 1 Representação da seção do duto mostrando o posicionamento do tubo de Pitot conforme sugere a

norma ASTM. As linhas tracejadas indicam as fronteiras das regiões nas quais imagina-se a seção dividida.

A figura 1 mostra que a seção de escoamento do tubo foi imaginada como dividida em três

regiões, duas coroas circulares e um círculo concêntricos, de tal forma que as áreas dessas

regiões sejam iguais. O centro do tubo de Pitot deve ser posicionado conforme mostrado na

figura, onde as abscissas xi, com i = 1, 2, ... , 6 são as posições do centro do tubo de Pitot em

relação à face interna da parede do duto, dadas em percentual do diâmetro interno do duto.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

Neste experimento, utilizou-se um tubo de Pitot de diâmetro externo d = 3,1 mm. O

diâmetro interno do duto no qual se realizou o escoamento é D = 75,5 mm e a espessura da

parede é t = 5,4 mm.

Para as medições da diferença das pressões, utilizou-se um manômetro inclinado cujas

especificações são mostradas na tabela 1. A tomada de pressão do manômetro foi ligada ao

tubo de Pitot e a outra extremidade permaneceu aberta à atmosfera. Para um manômetro

inclinado, é fácil ver que o desnível h corresponde à variação na altura da coluna líquida,

dada pela equação (2).

Δ * sen (θ )h l (2)

Na equação (2), l é o comprimento da coluna líquida ao longo da escala do manômetro de

inclinação .

TABELA 1 Características do manômetro inclinado utilizado

Densidade relativa do fluido manométrico (álcool etílico) 0,7876*

Graduação da escala 60 divisões

Comprimento da escala 194 mm

Inclinação da escala (em relação à horizontal) 7º

* Densidade relativa à água a 4 ºC

Posicionou-se o tubo de Pitot no interior do duto conforme a figura 1. Para isso, mediu-se

com um paquímetro a distância da face externa da parede do duto até a face externa do tubo

de Pitot mais próxima. Essa distância é dada por ai = xi + t – d/2.

A densidade do ar do escoamento foi admitida como 1,2013 kg/m3

.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados das medições são mostrados na tabela 2.

TABELA 2 Dados obtidos

i xi (mm) ai (mm) l (mm) h (mm) vi (m/s)

1 3,32 7,17 12,9 1,6 4,503

2 11,10 14,95 19,4 2,4 5,515

3 22,20 26,05 20,4 2,5 5,651

4 53,30 57,15 22,6 2,8 5,957

5 64,40 68,25 21,7 2,6 5,828

6 72,18 76,03 13,3 1,6 4,559

A figura 2 mostra como fica o perfil de velocidades a partir dos dados da tabela 2.

O resultado obtido para o perfil de velocidades se aproxima satisfatoriamente do esperado.

As velocidades tendem a ser menores nas proximidades da parede do duto devido à condição

de não-deslizamento.

FIGURA 2 Gráfico do perfil de velocidades nos pontos em que foram realizadas as medições.

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

0 1 2 3 4 5 6 7

Vel

ov

ida

de

(m/s

)

Ponto