DEM
1
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
A. Virgílio Monteiro de Oliveira, Prof. Coordenador
Licenciaturas em Engenharias Mecânica e Eletromecânica
Ano Letivo 2024/2025
Mecânica dos Fluidos
Capítulo 4 – Aparelhos de Medida
DEM
2
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Velocidade
DEM
3
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
TUBO DE PITOT
Ponto de Estagnação - ponto do escoamento em que a velocidade é nula
Equação de Bernoulli
ou
Z
g
2
u
P 2
Z
g
2
u
P
2


r
+

r
+
+

+
g
A energia total permanece constante ao longo de uma
linha de fluxo de um escoamento permanente de massa
específica constante
DEM
4
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
TUBO DE PITOT
Divergência das linhas de fluxo → velocidade diminui → pressão aumenta
Se a velocidade u num ponto decresce para zero, a pressão aumenta de p para p + (0,5  r  u2)
u
p
u=0
p +0.5.r.u2
DEM
5
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Para um fluido de massa específica constante
( )
( )






r


r

+
dinâmica
pressão
-
u
0,5
estática
pressão
-
p
u
0,5
p
Estagnação
de
Pressão
2
2
- Tubo de Pitot
- Henry Pitot
-1732 – Rio Sena
- Tubo de vidro dobrado em ângulo reto
DEM
6
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
2
2
2
2
1
2
1
1 Z
g
2
u
P
Z
g
2
u
P
+

+
g
=
+

+
g g
=

+
g
2
2
1
1 P
g
2
u
P
2
1 u
h1
H
Superfície livre
Escoamento com Superfície Livre
1
2
1
1 h
H
P
h
P
+

=
g
=
g
H
g
2
u
h
H
g
2
u
h
2
1
1
2
1
1 
=


+

=

+
H
g
2
u1 


=
Mede a velocidade convertendo a energia cinética em energia potencial no
ponto de estagnação à entrada do tubo
Atenção: significado e unidade de H
DEM
7
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
2
2
2
2
1
2
1
1 Z
g
2
u
P
Z
g
2
u
P
+

+
g
=
+

+
g
d2
1 2
d1
H
h1
u
A B
Escoamento no Interior de uma Conduta
g
−
=

1
2
2
1 P
P
g
2
u
DEM
8
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
B
A P
P =
( )
H
h
g
P
P 1
1
2
B 
+


r
+
=
( ) ( )
1
1
2
1
A h
g
H
g
P
P 

r
+



r
+
=
( ) ( ) ( ) ( )
H
g
h
g
P
h
g
H
g
P 1
1
1
2
1
1
2
1 


r
+


r
+
=


r
+



r
+
( ) ( ) ( ) ( )
H
g
h
g
h
g
H
g
P
P 1
1
1
1
1
2
1
2 


r
−


r
−


r
+



r
=
−
( )
1
2
1
2 g
H
P
P r
−
r



=
−








−
r
r


=
r

−
1
H
g
P
P
1
2
1
1
2
Como
g
−
=

1
2
2
1 P
P
g
2
u








−
r
r


=

1
H
g
2
u
1
2
2
1








−
r
r




= 1
H
g
2
u
1
2
1
Fluido em
escoamento
1 2
d1
H
h1
u
A B
1 2
d1
H
h1
u
A B
H: Deflexão do
fluido manométrico
DEM
9
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Tubo de
Pitot

Tubo de Pitot Estático
DEM
10
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Tubo de Pitot Estático
DEM
11
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Configurações do Tubo de Pitot Estático
DEM
12
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Pressão de estagnação Pressão de estática
-Variante do tubo de Pitot estático
- atenção ao valor da pressão estática
Pitómetro
DEM
13
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Cilindro de Pitot
Variante também do tubo de Pitot estático que permite eliminar
erros de direção fazendo-se a determinação da velocidade num
plano  que se pretenda
DEM
14
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Medições
- Fluido real
g
P
g
C
u
H
g
u




=




= 2
2
Obtido por calibração
Alta
Correcta
Baixa
- Tomadas de pressão estática
DEM
15
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Vantagens do Tubo de Pitot
•Construção simples
•Barato
•Quase não necessita de calibração
•Induz perdas de carga pequenas
•Requer pequenas aberturas de acesso
•Precisão e resolução espacial pode não ser suficiente para
algumas aplicações
•Tubo tem de estar perfeitamente alinhado com o escoamento
Desvantagens do Tubo de Pitot
(20)
DEM
16
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Medições
- Capilaridade
- Desalinhamentos
- Água – 15 mm
- Mercúrio – 10 mm
- Erros menores
que 1% para
desalinhamentos
até 15 º
DEM
17
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE FLUIDOS COMPRESSÍVEIS
A equação usada para fluidos incompressíveis dá resultados aceitáveis na determinação
da velocidade de fluidos compressíveis em aplicações em que a velocidade
a medir não seja excessivamente alta. O erro cometido será tanto menor,
quanto menor for a velocidade.
Supondo um escoamento da direita para a esquerda, por aplicação da equação
de Bernoulli temos:
1
2
2
2
2
2
1
2
1
1 Z
g
2
u
P
Z
g
2
u
P
+

+
g
=
+

+
g
g
−
=

2
1
2
2 P
P
g
2
u
DEM
18
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
A expressão teoricamente correcta terá de ter em consideração a compressão
adiabática do gás da pressão estática à pressão de estagnação. Essa expressão é:










−









g

−
=

−
1
P
P
P
1
K
K
g
2
u 1
K
K
1
2
1
2
K - expoente da adiabática
g
−



= 2
1
2
P
P
g
2
C
u
aparelho
do
constante
-
C
)
P
pressão
(à
gás
do
específico
peso
-
estática
pressão
-
P
estagnação
de
pressão
-
P
1
2
1
g
DEM
19
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
- Tubo de Pitot
- Anemómetros de turbina
- Anemómetros de fio/filme quente
- Anemómetros de esfera aquecida
- Anemómetros de copos/concha
- …
Medição da Velocidade
DEM
20
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Tubo de Pitot - Aplicações
(15)
DEM
21
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Tubo de Pitot - Aplicações
DEM
22
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Tubo de Pitot - Aplicações
DEM
23
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Tubo de Pitot - Aplicações
DEM
24
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Tubo de Pitot - Aplicações
DEM
25
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
DEM
26
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Tubo de Pitot - Aplicações
…notícias…
Voo AF 447: Defeito no Tubo de Pitot derrubou Airbus, afirmam pilotos
5 de Outubro de 2009, em Acidentes Aeronáuticos, por Guilherme Poggio
Air France admite falha em sensores
Troca de sonda que mede velocidade aerodinâmica, que tinha falhas, não foi feita
no avião acidentado 07 de Junho de 2009
Qual é a relação dos Tubos de Pitot no acidente com o avião da Air
France e vários outros da História da aviação?
Sensores de velocidade do avião da Air France falharam!
Novo relatório atribui acidente com voo 447 a sondas Pitot
DEM
27
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Tubo de Pitot - Aplicações
…notícias…
DEM
28
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Caudal
DEM
29
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Multi-Pitot
4
tomadas
de
pressão
DEM
30
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
VENTURÍMETRO
Tomadas
de
Pressão
DEM
31
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
VENTURÍMETRO
2
2
2
2
1
2
1
1 Z
g
2
u
P
Z
g
2
u
P
+

+
g
=
+

+
g








+
g
−








+
g
=

−

1
1
2
2
2
2
2
1 Z
P
Z
P
g
2
u
g
2
u
2
1
1
2
2
2
1
1
A
A
u
u
A
u
A
u 
=


=









+
g
−








+
g
=










−

1
1
2
2
2
2
1
2
1
2
1 Z
P
Z
P
g
2
A
A
u
g
2
u








+
g
−








+
g
=
















−


1
1
2
2
2
2
1
2
1 Z
P
Z
P
A
A
1
g
2
u
+ hf …erro a corrigir…
…coeficiente…
A
u
Q 
=
u1 – Velocidade caraterística do escoamento
(36)
DEM
32
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Multiplicando o numerador e o denominador por -1, obtemos:
1
A
A
Z
P
Z
P
g
2
u
2
2
1
2
2
1
1
1
−






















+
g
−








+
g


=
Caso Geral
Se o Venturi estiver na horizontal
1
A
A
P
P
g
2
u
2
2
1
2
1
1
−
















g
−


=
2
2
1
1
1
2
2
2
1
A
A
1
Z
P
Z
P
g
2
u








−








+
g
−








+
g
=

?
(35)
DEM
33
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
A B
P P
=
gm








+
−








+ 2
2
1
1
: Z
P
Z
P
Objectivo
g
g
Z2-Z1
A B
g
Para o dispositivo da figura em que o fluido em escoamento tem um
peso específico g e o líquido manométrico gm, temos:
( ) ( )
1 1 2 2 1 1 m
P h h P Z Z h h
g g g
+  + = +  − + + 
 
 
DEM
34
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Z2-Z1
A B
Reordenando e dividindo por g (do fluido em escoamento):
1 2 2 1 m
1 1 2 2 m
1 2 m
1 2
P P γ × Z γ × Z γ × h
γ × h
+ = + - +
γ γ γ γ γ γ
P γ × Z P γ × Z γ × h γ × h
- =
γ γ γ γ γ γ
P P γ
+Z - +Z h× 1
γ γ γ
     
+ + −
     
     
     
= −
     
     
g
gm








+
−








+ 2
2
1
1
: Z
P
Z
P
Objectivo
g
g
DEM
35
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
h
1
Z
P
Z
P m
2
2
1
1 








−
g
g
=








+
g
−








+
g
Z2-Z1
A B
ca
Piezométri
Pressão
de
Diferença
Z
P
Z
P
h 2
2
1
1 








+
g
−








+
g
=

1 2
1 2 1
m
P P
h Z Z h
g
g g g
     
 = + − + = − 
     
     
h
m









−1
g
g
h = Constante Manométrica
(32)
DEM
36
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
O caudal ideal será dado por:
1
A
A
h
g
2
A
u
A
Q
2
2
1
1
1
1
ideal
−












=

=
O caudal real será dado por:
2
2
2
1
2
1
2
2
1
1
A
A
h
g
2
A
A
Cd
1
A
A
h
g
2
A
Cd
Q
−






=
−













=
h
m









−1
g
g
Coef. de caudal
(31)
DEM
37
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
O coeficiente de caudal, Cd, depende do caudal em escoamento, da
viscosidade e da rugosidade das paredes.
A função da parte divergente do venturímetro é reduzir gradualmente a
velocidade e restabelecer a pressão inicial com um mínimo de perda de carga.
Num tubo divergente, o fluido tende a separar-se das paredes formando
turbilhões, dissipando-se energia sob a forma de calor.
SOLUÇÃO DE COMPROMISSO
Maior ângulo  maior perda de carga
Ângulo ótimo
Menor ângulo  maior comprimento  maior perda de carga
DEM
38
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Princípios do Movimento dos Fluidos
Instalação do Ventilador
Venturi do LMH
DEM
39
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
DEM
40
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
BOCAL
1
A
A
H
g
2
A
Cd
Q
2
2
1
1
−











=
Um bocal é essencialmente um venturímetro em que se omitiu a parte divergente,
sendo as equações básicas as mesmas do venturímetro.
A dissipação de energia a jusante da garganta é maior do que num venturímetro.
No entanto, esta desvantagem é compensada pelo menor custo do bocal.
O coeficiente Cd depende da forma
do bocal, da razão dos diâmetros d2/d1 e dos
números de Reynolds, mas como não
depende do que está para além da garganta
o seu valor não é muito diferente do valor de
Cd do venturímetro
DEM
41
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Alta
Correcta
Baixa
Tomadas de pressão estática
Atenção às tomadas de pressão p1 e p2
P1 deve estar a uma distância suficiente do bocal para que o fluxo seja
uniforme
P2 é diferente da pressão na garganta devido ao intenso turbilhonamento
que rodeia o jacto à saída do bocal.
DEM
42
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
MEDIDOR DE ORÍFICIO - DIAFRAGMA
2
1
0
0
A
A
1
H
g
2
A
C
Q








−





=
2
1
0
2
2
1
0
A
A
Cd
1
A
A
1
Cd
C









−








−

=
0
2
ideal
real
A
A
Cc
u
u
Cv
Cc
Cv
Cd
=
=

=
Mais simples e barato do que um venturímetro ou bocal.
C – Coeficiente de descarga
DEM
43
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Diafragma, Bocal e Venturímetro
DEM
44
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Sylvio Bistafa
Diafragma, Bocal e Venturímetro
DEM
45
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Venturímetro, Bocal, Diafragma
Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Sylvio Bistafa
Coeficiente
de
descarga
DEM
46
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Venturímetro, Bocal, Diafragma
Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Sylvio Bistafa
DEM
47
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Venturímetro, Bocal, Diafragma
Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Sylvio Bistafa
DEM
48
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
…outras expressões encontradas na bibliografia!
( )
( )
1 2
secção estrangulamento 2 4
fluido em escoamento
2
1
ideal
c
P P
Q Cd Q Cd A
C
r 
 −
=  =  
 −
Cd – Coeficiente de caudal
Cc – coeficiente de contracção. A secção mínima do escoamento ocorre na
veia contraída. Assim, o coeficiente de contracção será dado por
Cc=Avc/Asecção estrangulamento. No diafragma Cc é menor do que 1, enquanto que
no bocal e no venturímetro admite-se que Cc  1.
C – Coeficiente de descarga, definido como:
2 4
1 c
Cd
C
C 
=
−
( )
1 2
secção estrangulamento
fluido em escoamento
2 P P
Q C A
r
 −
=  
Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Sylvio Bistafa
Nota: Por vezes, a designação dos coeficientes C e Cd aparece trocado na bibliografia.
D0/D
DEM
49
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
…outras expressões normalmente encontradas na bibliografia!
O valor de Cd depende de  e do número de Reynolds. Miller (1997)
propões as seguintes correlações:
2,5
2,1 8
0,75
91,71
0,5959 0,0312 0,184
Re
Medidor de Orifício
Cd

 

= +  −  +
Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Çengal e Cimbala
0,5
0,5
6,53
0,9975
Re
Medidor de Bocal
Cd


= −
Estas correlações são válidas para:
0,25 <  < 0,75 e 104 < Re < 107
Os valores exacos de Cd dependem do projeto particular da obstrução e, portanto, os
dados do fabricante devem ser consultados.
Para escoamentos com valores de Re elevados (Re > 30000), o valor de Cd pode ser
considerado igual a 0,96 para os bocais e 0,61 para os orifícios.
Devido à sua configuração aerodinâmica, os valores de Cd do venturímetro são muito
elevados, variando entre 0,95 e 0,99. Quanto maior for o número de Reynolds, maior é o
valor de Cd. Na ausência de dados específicos considera-se Cd igual a 0,98.
DEM
50
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Princípios do Movimento dos Fluidos
Descarregador Retangular
DEM
51
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
DEM
52
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
DEM
53
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
DEM
54
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
DEM
55
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
DEM
56
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
A. Virgílio Monteiro de Oliveira, Prof. Coordenador
Licenciaturas em Engenharias Mecânica e Eletromecânica
Ano Letivo 2024/2025
Mecânica dos Fluidos
Capítulo 4 – Anexos
DEM
57
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Princípios do Movimento dos Fluidos
Venturímetro
DEM
58
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
DEM
59
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Princípios do Movimento dos Fluidos
Descarregador
DEM
60
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
h
g
u 

= 2
DEM
61
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
DEM
62
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
 +
=
+
1
1
n
x
dx
x
n
n
H1 = 0 porque retira a parte superior do orifício rectangular
2
1
2
3
2
1
2
3
2
1
1
2
1
2
3
2
2
3
2
1
2
1
2
H
H
H
H
H
H
h
g
b
h
g
b
h
g
b
Q 









=









=






+



=
+
DEM
63
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
DEM
64
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aplicações
Princípios do Movimento dos Fluidos
DEM
65
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Aplicação (adaptado de Çengal e Cimbala, pág 320)
D
=
4
cm
D = 3 cm
O caudal de metanol a 20ºC (r= 788,4 kg/m3 e  = 5,85710-4 kg/m.s)
através de um tubo de 4 cm de diâmetro é medido com um diafragma de
3 cm de diâmetro equipado com um manómetro de mercúrio. Se a
deflexão do fluido manométrico for de 11 cm, determine o caudal de
metanol e a velocidade média do escoamento. Na resolução do problema
considere a correlação proposta por Miller (1997) e que o coeficiente de
contracção (Cc) é igual a 1.
DEM
66
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Aplicação (adaptado de Çengal e Cimbala, pág 320)
0 3
0,75
4
D
D
 = = =
2 2
4 2
0
0
0,03
7,069 10 m
4 4
D
A
  −
 
= = = 
( )
( )
1 metanol 2
1 2 metanol
3
1 2
4
1 2
13,6 10 788,4 9,81 0,11
1,383 10 Pa
Hg
Hg
P h P h
P P g h
P P
P P
g g
r r
+  = + 
− = −  
− =  −  
− = 
Num manómetro diferencial:
DEM
67
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Aplicação (adaptado de Çengal e Cimbala, pág 320)
( )
( )
( )
1 2
secção estrangulamento 2 4
fluido em escoamento
4
4
2 4
3 3
2
1
2 1,3825 10
0,61 7,069 10
788,4 1 1 0,75
3,09 10 m /
ideal
c
P P
Q Cd Q Cd A
C
Q
Q s
r 
−
−
 −
=  =  
 −
 
=   
 − 
= 
O uso da correlação de Miller requer o conhecimento do número de
Reynolds. Como o caudal é desconhecido (é o que se pretende
determinar), na primeira iteração recorre-se ao valor de referência
proposto pelo bibliografia, ou seja, Cd igual a 0,61.
DEM
68
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Aplicação (adaptado de Çengal e Cimbala, pág 320)
Este caudal corresponde a um valor de Re igual a:
3
5
4
0
4 4 4 3,09 10 788,4
Re =1,32 10
0,04 5,857 10
Q Q
D D
r
    
−
−
     
= = = 
      
Assim, o valor de Cd proposto pelo correlação de Miller é:
( )
2,5
2,1 8
0,75
5
91,71 0,75
0,5959 0,0312 0,75 0,184 0,75
1,32 10
0,601
Cd
Cd

= +  −  +

=
DEM
69
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Aplicação (adaptado de Çengal e Cimbala, pág 320)
Finalmente, a velocidade é calculada recorrendo à equação da continuidade:
3
2 2
4 4 3,04 10
0,04
V = 2,4 m/s
Q
V
D
 
−
  
= =
 
Com Cd igual a 0,601 novo valor de caudal é igual a:
( )
4
4 3 3
2 4
2 1,3825 10
0,601 7,069 10 3,04 10 m /
788,4 1 1 0,75
Q s
− −
 
=    = 
 − 
DEM
70
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164)
Determine, através de um venturímetro com 6 cm de diâmetro na
garganta, o caudal de água em escoamento numa conduta de 12 cm de
diâmetro. A deflexão do fluido manométrico no manómetro em U é de 3,9
cm. Nestas condições determine a perda de carga no venturi.
Considere: gágua = 9810 N/m3 ; gmercúrio = 13,6 x gágua ; água = 10-6 m2/s
DEM
71
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164)
0 6
0,5
12
D
D
 = = =
C = 1,025
Como se desconhece o caudal e o
número de Reynolds, para a
primeira iteração recorre-se ao
maior valor de Re (107).
2 2
2
0
0
0,06
0,0028 m
4 4
D
A
 
 
= = =
DEM
72
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164)
2 2
2
0
0
0,06
0,0028 m
4 4
D
A
 
 
= = =
( )
1 2
secção estrangulamento
fluido em escoamento
2 P P
Q C A
r
 −
=  
3
1,025 0,0028 2 4,821 0,00891 m /
Q s
=    =
Este caudal corresponde
a um valor de Re igual a:
5
6
0
4 4 0,00891
Re =1,891 10
0,06 10
Q
D
   −
 
= = 
   
2
2 2
2 2 2
1 2
1 2
3
1 2 1 2
3
1
13,6 10 9,81
1 1 9,81 0,039 4,821
10 9,81
Hg
H O Hg
H O H O
Hg
H O H O H O
P P
P h P h h
P P P P
g h
g
g g
g g
g
r g r
 
−
+  = +   = − 
 
 
 
   
− −  
= −    = −   =
   
  
 
 
DEM
73
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164)
Com este valor de Re obtém-se,
recorrendo de novo ao gráfico,
um novo valor de C
C = 1,02
3
1,02 0,0028 2 4,821
0,00887 m /
Q
Q s
=   
=
Assim, o novo caudal é:
DEM
74
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164)
Com este valor de Re obtém-se, recorrendo de novo ao gráfico, um valor
de C praticamente igual. Logo, C = 1,02
Este caudal corresponde a um valor
de Re igual a:
5
6
0
4 4 0,00887
Re =1,882 10
0,06 10
Q
D
   −
 
= = 
   
3
0,00887 m /
8,87 l/
Q s
Q s
=
=
DEM
75
Mecânica
dos
Fluidos
A. Virgílio Monteiro de Oliveira
Aparelhos de Medida
Para determinar a perda de carga
recorre-se ao gráfico seguinte.
Para  igual a 0,5
Fracção da queda de
pressão igual a 11%
( )
2 2
1 2
0,11 0,11 1 0,11 13,6 1 0,039 0,054 m
Hg
H O H O
P P
H h H
g
g g
 
−
 =  =  −    =  −  =
 
 
 
Assim, a perda de carga no venturímetro é
aproximadamente igual a 11% da pressão
diferencial dada por:
Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164)
2 2
1 2
1
Hg
H O H O
P P
H h
g
g g
 
−
 = = − 
 
 
 

Capitulo_4_Aparelhos de Medida_Atual.pdf

  • 1.
    DEM 1 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira A. Virgílio Monteiro de Oliveira, Prof. Coordenador Licenciaturas em Engenharias Mecânica e Eletromecânica Ano Letivo 2024/2025 Mecânica dos Fluidos Capítulo 4 – Aparelhos de Medida
  • 2.
    DEM 2 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Velocidade
  • 3.
    DEM 3 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida TUBO DE PITOT Ponto de Estagnação - ponto do escoamento em que a velocidade é nula Equação de Bernoulli ou Z g 2 u P 2 Z g 2 u P 2   r +  r + +  + g A energia total permanece constante ao longo de uma linha de fluxo de um escoamento permanente de massa específica constante
  • 4.
    DEM 4 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida TUBO DE PITOT Divergência das linhas de fluxo → velocidade diminui → pressão aumenta Se a velocidade u num ponto decresce para zero, a pressão aumenta de p para p + (0,5  r  u2) u p u=0 p +0.5.r.u2
  • 5.
    DEM 5 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Para um fluido de massa específica constante ( ) ( )       r   r  + dinâmica pressão - u 0,5 estática pressão - p u 0,5 p Estagnação de Pressão 2 2 - Tubo de Pitot - Henry Pitot -1732 – Rio Sena - Tubo de vidro dobrado em ângulo reto
  • 6.
    DEM 6 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida 2 2 2 2 1 2 1 1 Z g 2 u P Z g 2 u P +  + g = +  + g g =  + g 2 2 1 1 P g 2 u P 2 1 u h1 H Superfície livre Escoamento com Superfície Livre 1 2 1 1 h H P h P +  = g = g H g 2 u h H g 2 u h 2 1 1 2 1 1  =   +  =  + H g 2 u1    = Mede a velocidade convertendo a energia cinética em energia potencial no ponto de estagnação à entrada do tubo Atenção: significado e unidade de H
  • 7.
    DEM 7 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida 2 2 2 2 1 2 1 1 Z g 2 u P Z g 2 u P +  + g = +  + g d2 1 2 d1 H h1 u A B Escoamento no Interior de uma Conduta g − =  1 2 2 1 P P g 2 u
  • 8.
    DEM 8 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida B A P P = ( ) H h g P P 1 1 2 B  +   r + = ( ) ( ) 1 1 2 1 A h g H g P P   r +    r + = ( ) ( ) ( ) ( ) H g h g P h g H g P 1 1 1 2 1 1 2 1    r +   r + =   r +    r + ( ) ( ) ( ) ( ) H g h g h g H g P P 1 1 1 1 1 2 1 2    r −   r −   r +    r = − ( ) 1 2 1 2 g H P P r − r    = −         − r r   = r  − 1 H g P P 1 2 1 1 2 Como g − =  1 2 2 1 P P g 2 u         − r r   =  1 H g 2 u 1 2 2 1         − r r     = 1 H g 2 u 1 2 1 Fluido em escoamento 1 2 d1 H h1 u A B 1 2 d1 H h1 u A B H: Deflexão do fluido manométrico
  • 9.
    DEM 9 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Tubo de Pitot  Tubo de Pitot Estático
  • 10.
    DEM 10 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Tubo de Pitot Estático
  • 11.
    DEM 11 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Configurações do Tubo de Pitot Estático
  • 12.
    DEM 12 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Pressão de estagnação Pressão de estática -Variante do tubo de Pitot estático - atenção ao valor da pressão estática Pitómetro
  • 13.
    DEM 13 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Cilindro de Pitot Variante também do tubo de Pitot estático que permite eliminar erros de direção fazendo-se a determinação da velocidade num plano  que se pretenda
  • 14.
    DEM 14 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Medições - Fluido real g P g C u H g u     =     = 2 2 Obtido por calibração Alta Correcta Baixa - Tomadas de pressão estática
  • 15.
    DEM 15 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Vantagens do Tubo de Pitot •Construção simples •Barato •Quase não necessita de calibração •Induz perdas de carga pequenas •Requer pequenas aberturas de acesso •Precisão e resolução espacial pode não ser suficiente para algumas aplicações •Tubo tem de estar perfeitamente alinhado com o escoamento Desvantagens do Tubo de Pitot (20)
  • 16.
    DEM 16 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Medições - Capilaridade - Desalinhamentos - Água – 15 mm - Mercúrio – 10 mm - Erros menores que 1% para desalinhamentos até 15 º
  • 17.
    DEM 17 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DE FLUIDOS COMPRESSÍVEIS A equação usada para fluidos incompressíveis dá resultados aceitáveis na determinação da velocidade de fluidos compressíveis em aplicações em que a velocidade a medir não seja excessivamente alta. O erro cometido será tanto menor, quanto menor for a velocidade. Supondo um escoamento da direita para a esquerda, por aplicação da equação de Bernoulli temos: 1 2 2 2 2 2 1 2 1 1 Z g 2 u P Z g 2 u P +  + g = +  + g g − =  2 1 2 2 P P g 2 u
  • 18.
    DEM 18 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida A expressão teoricamente correcta terá de ter em consideração a compressão adiabática do gás da pressão estática à pressão de estagnação. Essa expressão é:           −          g  − =  − 1 P P P 1 K K g 2 u 1 K K 1 2 1 2 K - expoente da adiabática g −    = 2 1 2 P P g 2 C u aparelho do constante - C ) P pressão (à gás do específico peso - estática pressão - P estagnação de pressão - P 1 2 1 g
  • 19.
    DEM 19 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida - Tubo de Pitot - Anemómetros de turbina - Anemómetros de fio/filme quente - Anemómetros de esfera aquecida - Anemómetros de copos/concha - … Medição da Velocidade
  • 20.
    DEM 20 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Tubo de Pitot - Aplicações (15)
  • 21.
    DEM 21 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Tubo de Pitot - Aplicações
  • 22.
    DEM 22 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Tubo de Pitot - Aplicações
  • 23.
    DEM 23 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Tubo de Pitot - Aplicações
  • 24.
    DEM 24 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Tubo de Pitot - Aplicações
  • 25.
  • 26.
    DEM 26 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Tubo de Pitot - Aplicações …notícias… Voo AF 447: Defeito no Tubo de Pitot derrubou Airbus, afirmam pilotos 5 de Outubro de 2009, em Acidentes Aeronáuticos, por Guilherme Poggio Air France admite falha em sensores Troca de sonda que mede velocidade aerodinâmica, que tinha falhas, não foi feita no avião acidentado 07 de Junho de 2009 Qual é a relação dos Tubos de Pitot no acidente com o avião da Air France e vários outros da História da aviação? Sensores de velocidade do avião da Air France falharam! Novo relatório atribui acidente com voo 447 a sondas Pitot
  • 27.
    DEM 27 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Tubo de Pitot - Aplicações …notícias…
  • 28.
    DEM 28 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Caudal
  • 29.
    DEM 29 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Multi-Pitot 4 tomadas de pressão
  • 30.
    DEM 30 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida VENTURÍMETRO Tomadas de Pressão
  • 31.
    DEM 31 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida VENTURÍMETRO 2 2 2 2 1 2 1 1 Z g 2 u P Z g 2 u P +  + g = +  + g         + g −         + g =  −  1 1 2 2 2 2 2 1 Z P Z P g 2 u g 2 u 2 1 1 2 2 2 1 1 A A u u A u A u  =   =          + g −         + g =           −  1 1 2 2 2 2 1 2 1 2 1 Z P Z P g 2 A A u g 2 u         + g −         + g =                 −   1 1 2 2 2 2 1 2 1 Z P Z P A A 1 g 2 u + hf …erro a corrigir… …coeficiente… A u Q  = u1 – Velocidade caraterística do escoamento (36)
  • 32.
    DEM 32 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Multiplicando o numerador e o denominador por -1, obtemos: 1 A A Z P Z P g 2 u 2 2 1 2 2 1 1 1 −                       + g −         + g   = Caso Geral Se o Venturi estiver na horizontal 1 A A P P g 2 u 2 2 1 2 1 1 −                 g −   = 2 2 1 1 1 2 2 2 1 A A 1 Z P Z P g 2 u         −         + g −         + g =  ? (35)
  • 33.
    DEM 33 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida A B P P = gm         + −         + 2 2 1 1 : Z P Z P Objectivo g g Z2-Z1 A B g Para o dispositivo da figura em que o fluido em escoamento tem um peso específico g e o líquido manométrico gm, temos: ( ) ( ) 1 1 2 2 1 1 m P h h P Z Z h h g g g +  + = +  − + +     
  • 34.
    DEM 34 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Z2-Z1 A B Reordenando e dividindo por g (do fluido em escoamento): 1 2 2 1 m 1 1 2 2 m 1 2 m 1 2 P P γ × Z γ × Z γ × h γ × h + = + - + γ γ γ γ γ γ P γ × Z P γ × Z γ × h γ × h - = γ γ γ γ γ γ P P γ +Z - +Z h× 1 γ γ γ       + + −                   = −             g gm         + −         + 2 2 1 1 : Z P Z P Objectivo g g
  • 35.
    DEM 35 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida h 1 Z P Z P m 2 2 1 1          − g g =         + g −         + g Z2-Z1 A B ca Piezométri Pressão de Diferença Z P Z P h 2 2 1 1          + g −         + g =  1 2 1 2 1 m P P h Z Z h g g g g        = + − + = −              h m          −1 g g h = Constante Manométrica (32)
  • 36.
    DEM 36 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida O caudal ideal será dado por: 1 A A h g 2 A u A Q 2 2 1 1 1 1 ideal −             =  = O caudal real será dado por: 2 2 2 1 2 1 2 2 1 1 A A h g 2 A A Cd 1 A A h g 2 A Cd Q −       = −              = h m          −1 g g Coef. de caudal (31)
  • 37.
    DEM 37 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida O coeficiente de caudal, Cd, depende do caudal em escoamento, da viscosidade e da rugosidade das paredes. A função da parte divergente do venturímetro é reduzir gradualmente a velocidade e restabelecer a pressão inicial com um mínimo de perda de carga. Num tubo divergente, o fluido tende a separar-se das paredes formando turbilhões, dissipando-se energia sob a forma de calor. SOLUÇÃO DE COMPROMISSO Maior ângulo  maior perda de carga Ângulo ótimo Menor ângulo  maior comprimento  maior perda de carga
  • 38.
    DEM 38 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Princípios do Movimento dos Fluidos Instalação do Ventilador Venturi do LMH
  • 39.
  • 40.
    DEM 40 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida BOCAL 1 A A H g 2 A Cd Q 2 2 1 1 −            = Um bocal é essencialmente um venturímetro em que se omitiu a parte divergente, sendo as equações básicas as mesmas do venturímetro. A dissipação de energia a jusante da garganta é maior do que num venturímetro. No entanto, esta desvantagem é compensada pelo menor custo do bocal. O coeficiente Cd depende da forma do bocal, da razão dos diâmetros d2/d1 e dos números de Reynolds, mas como não depende do que está para além da garganta o seu valor não é muito diferente do valor de Cd do venturímetro
  • 41.
    DEM 41 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Alta Correcta Baixa Tomadas de pressão estática Atenção às tomadas de pressão p1 e p2 P1 deve estar a uma distância suficiente do bocal para que o fluxo seja uniforme P2 é diferente da pressão na garganta devido ao intenso turbilhonamento que rodeia o jacto à saída do bocal.
  • 42.
    DEM 42 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida MEDIDOR DE ORÍFICIO - DIAFRAGMA 2 1 0 0 A A 1 H g 2 A C Q         −      = 2 1 0 2 2 1 0 A A Cd 1 A A 1 Cd C          −         −  = 0 2 ideal real A A Cc u u Cv Cc Cv Cd = =  = Mais simples e barato do que um venturímetro ou bocal. C – Coeficiente de descarga
  • 43.
    DEM 43 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Diafragma, Bocal e Venturímetro
  • 44.
    DEM 44 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Sylvio Bistafa Diafragma, Bocal e Venturímetro
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    DEM 45 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Venturímetro, Bocal, Diafragma Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Sylvio Bistafa Coeficiente de descarga
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    DEM 46 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Venturímetro, Bocal, Diafragma Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Sylvio Bistafa
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    DEM 47 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Venturímetro, Bocal, Diafragma Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Sylvio Bistafa
  • 48.
    DEM 48 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida …outras expressões encontradas na bibliografia! ( ) ( ) 1 2 secção estrangulamento 2 4 fluido em escoamento 2 1 ideal c P P Q Cd Q Cd A C r   − =  =    − Cd – Coeficiente de caudal Cc – coeficiente de contracção. A secção mínima do escoamento ocorre na veia contraída. Assim, o coeficiente de contracção será dado por Cc=Avc/Asecção estrangulamento. No diafragma Cc é menor do que 1, enquanto que no bocal e no venturímetro admite-se que Cc  1. C – Coeficiente de descarga, definido como: 2 4 1 c Cd C C  = − ( ) 1 2 secção estrangulamento fluido em escoamento 2 P P Q C A r  − =   Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Sylvio Bistafa Nota: Por vezes, a designação dos coeficientes C e Cd aparece trocado na bibliografia. D0/D
  • 49.
    DEM 49 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida …outras expressões normalmente encontradas na bibliografia! O valor de Cd depende de  e do número de Reynolds. Miller (1997) propões as seguintes correlações: 2,5 2,1 8 0,75 91,71 0,5959 0,0312 0,184 Re Medidor de Orifício Cd     = +  −  + Adaptado de Mecânica dos Fluidos, Çengal e Cimbala 0,5 0,5 6,53 0,9975 Re Medidor de Bocal Cd   = − Estas correlações são válidas para: 0,25 <  < 0,75 e 104 < Re < 107 Os valores exacos de Cd dependem do projeto particular da obstrução e, portanto, os dados do fabricante devem ser consultados. Para escoamentos com valores de Re elevados (Re > 30000), o valor de Cd pode ser considerado igual a 0,96 para os bocais e 0,61 para os orifícios. Devido à sua configuração aerodinâmica, os valores de Cd do venturímetro são muito elevados, variando entre 0,95 e 0,99. Quanto maior for o número de Reynolds, maior é o valor de Cd. Na ausência de dados específicos considera-se Cd igual a 0,98.
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    DEM 50 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Princípios do Movimento dos Fluidos Descarregador Retangular
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    DEM 56 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira A. Virgílio Monteiro de Oliveira, Prof. Coordenador Licenciaturas em Engenharias Mecânica e Eletromecânica Ano Letivo 2024/2025 Mecânica dos Fluidos Capítulo 4 – Anexos
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    DEM 57 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Princípios do Movimento dos Fluidos Venturímetro
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    DEM 59 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Princípios do Movimento dos Fluidos Descarregador
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    DEM 60 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida h g u   = 2
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    DEM 62 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida  + = + 1 1 n x dx x n n H1 = 0 porque retira a parte superior do orifício rectangular 2 1 2 3 2 1 2 3 2 1 1 2 1 2 3 2 2 3 2 1 2 1 2 H H H H H H h g b h g b h g b Q           =          =       +    = +
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    DEM 64 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aplicações Princípios do Movimento dos Fluidos
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    DEM 65 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Aplicação (adaptado de Çengal e Cimbala, pág 320) D = 4 cm D = 3 cm O caudal de metanol a 20ºC (r= 788,4 kg/m3 e  = 5,85710-4 kg/m.s) através de um tubo de 4 cm de diâmetro é medido com um diafragma de 3 cm de diâmetro equipado com um manómetro de mercúrio. Se a deflexão do fluido manométrico for de 11 cm, determine o caudal de metanol e a velocidade média do escoamento. Na resolução do problema considere a correlação proposta por Miller (1997) e que o coeficiente de contracção (Cc) é igual a 1.
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    DEM 66 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Aplicação (adaptado de Çengal e Cimbala, pág 320) 0 3 0,75 4 D D  = = = 2 2 4 2 0 0 0,03 7,069 10 m 4 4 D A   −   = = =  ( ) ( ) 1 metanol 2 1 2 metanol 3 1 2 4 1 2 13,6 10 788,4 9,81 0,11 1,383 10 Pa Hg Hg P h P h P P g h P P P P g g r r +  = +  − = −   − =  −   − =  Num manómetro diferencial:
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    DEM 67 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Aplicação (adaptado de Çengal e Cimbala, pág 320) ( ) ( ) ( ) 1 2 secção estrangulamento 2 4 fluido em escoamento 4 4 2 4 3 3 2 1 2 1,3825 10 0,61 7,069 10 788,4 1 1 0,75 3,09 10 m / ideal c P P Q Cd Q Cd A C Q Q s r  − −  − =  =    −   =     −  =  O uso da correlação de Miller requer o conhecimento do número de Reynolds. Como o caudal é desconhecido (é o que se pretende determinar), na primeira iteração recorre-se ao valor de referência proposto pelo bibliografia, ou seja, Cd igual a 0,61.
  • 68.
    DEM 68 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Aplicação (adaptado de Çengal e Cimbala, pág 320) Este caudal corresponde a um valor de Re igual a: 3 5 4 0 4 4 4 3,09 10 788,4 Re =1,32 10 0,04 5,857 10 Q Q D D r      − −       = = =         Assim, o valor de Cd proposto pelo correlação de Miller é: ( ) 2,5 2,1 8 0,75 5 91,71 0,75 0,5959 0,0312 0,75 0,184 0,75 1,32 10 0,601 Cd Cd  = +  −  +  =
  • 69.
    DEM 69 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Aplicação (adaptado de Çengal e Cimbala, pág 320) Finalmente, a velocidade é calculada recorrendo à equação da continuidade: 3 2 2 4 4 3,04 10 0,04 V = 2,4 m/s Q V D   −    = =   Com Cd igual a 0,601 novo valor de caudal é igual a: ( ) 4 4 3 3 2 4 2 1,3825 10 0,601 7,069 10 3,04 10 m / 788,4 1 1 0,75 Q s − −   =    =   − 
  • 70.
    DEM 70 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164) Determine, através de um venturímetro com 6 cm de diâmetro na garganta, o caudal de água em escoamento numa conduta de 12 cm de diâmetro. A deflexão do fluido manométrico no manómetro em U é de 3,9 cm. Nestas condições determine a perda de carga no venturi. Considere: gágua = 9810 N/m3 ; gmercúrio = 13,6 x gágua ; água = 10-6 m2/s
  • 71.
    DEM 71 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164) 0 6 0,5 12 D D  = = = C = 1,025 Como se desconhece o caudal e o número de Reynolds, para a primeira iteração recorre-se ao maior valor de Re (107). 2 2 2 0 0 0,06 0,0028 m 4 4 D A     = = =
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    DEM 72 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164) 2 2 2 0 0 0,06 0,0028 m 4 4 D A     = = = ( ) 1 2 secção estrangulamento fluido em escoamento 2 P P Q C A r  − =   3 1,025 0,0028 2 4,821 0,00891 m / Q s =    = Este caudal corresponde a um valor de Re igual a: 5 6 0 4 4 0,00891 Re =1,891 10 0,06 10 Q D    −   = =      2 2 2 2 2 2 1 2 1 2 3 1 2 1 2 3 1 13,6 10 9,81 1 1 9,81 0,039 4,821 10 9,81 Hg H O Hg H O H O Hg H O H O H O P P P h P h h P P P P g h g g g g g g r g r   − +  = +   = −            − −   = −    = −   =           
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    DEM 73 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164) Com este valor de Re obtém-se, recorrendo de novo ao gráfico, um novo valor de C C = 1,02 3 1,02 0,0028 2 4,821 0,00887 m / Q Q s =    = Assim, o novo caudal é:
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    DEM 74 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164) Com este valor de Re obtém-se, recorrendo de novo ao gráfico, um valor de C praticamente igual. Logo, C = 1,02 Este caudal corresponde a um valor de Re igual a: 5 6 0 4 4 0,00887 Re =1,882 10 0,06 10 Q D    −   = =      3 0,00887 m / 8,87 l/ Q s Q s = =
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    DEM 75 Mecânica dos Fluidos A. Virgílio Monteirode Oliveira Aparelhos de Medida Para determinar a perda de carga recorre-se ao gráfico seguinte. Para  igual a 0,5 Fracção da queda de pressão igual a 11% ( ) 2 2 1 2 0,11 0,11 1 0,11 13,6 1 0,039 0,054 m Hg H O H O P P H h H g g g   −  =  =  −    =  −  =       Assim, a perda de carga no venturímetro é aproximadamente igual a 11% da pressão diferencial dada por: Aplicação (adaptado de Sylvio Bystafa, pág 164) 2 2 1 2 1 Hg H O H O P P H h g g g   −  = = −       