Medida de velocidade de escoamento e estimativa de vazão de fluído: tubo de Pitot

Apresenta a descrição de metodologia para obtenção da velocidade de escoamento e estimativa de vazão de fluído através do método de Pitot. Descreve os equipamentos necessários para medição experimental: tubo de Pitot com possibilidade de deslocamento radial em uma secção transversal da tubulação, tomada de pressão estática, manômetro e registro regulador de vazão. Para fins comparativos mede-se também a vazão pelo método de pesagem com o auxílio de balança e cronômetro. Todas as etapas do procedimento são reproduzidas detalhadamente. O perfil de velocidade em função do raio na seção estudada pode ser calculado através do deslocamento do tubo de Pitot no interior da tubulação. A partir do perfil de velocidade é possível estimar a vazão e comparar o resultado obtido com o método da pesagem.

Hydraulics of stepped chutes: experimental-numerical-theoretical study

O estudo de escoamentos turbulentos em descarregadores em degraus tem sido um desafio para os investigadores. A macro-rugosidade do leito, a ondulação da superfície livre, a intermitência da localização da secção inicial de entrada de ar e o escoamento bi-fásico a jusante da secção inicial de entrada de ar fazem com que a caracterização do escoamento deslizante sobre turbilhões em descarregadores em degraus não seja simples. Actualmente, é possível combinar técnicas de medição fiáveis com simulações numéricas e análise teórica. Nesta dissertação, o estudo experimental baseia-se em resultados experimentais obtidos em duas instalações experimentais: a instalação A, do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), dotada de um descarregador em degraus com declive de 1V:0.75H e a instalação B, do Instituto Superior Técnico (IST), dotada de um descarregador em degraus com declive de 1V:2H. Uma sonda de ar, um tubo de Pitot modificado e vários hidrómetros permitiram o estudo do escoamento deslizante sobre turbilhões mono- e bifásico ao longo do descarregador em degraus da instalação A. Na bacia de dissipação de energia, a observação visual do escoamento foi auxiliada pelas leituras efectuadas em tomadas de pressão localizadas na soleira da bacia e pelas leituras da altura do escoamento efectuadas em réguas graduadas localizadas nas paredes da bacia. Na instalação B foram utilizados um tubo de Pitot e vários hidrómetros para estudar a região não arejada do escoamento deslizante sobre turbilhões no descarregador em degraus. O estudo numérico é baseado em simulações numéricas da região não arejada do escoamento deslizante sobre turbilhões sobre descarregadores em degraus com o código comercial de CFD FLOW-3D® de modo a reproduzir as condições ensaiadas experimentalmente. As simulações beneficiaram da técnica de blocos múltiplos (multi-block) num sistema de coordenadas cartesianas, da determinação da superfície livre pelo método TruVOF e da utilização de dois modelos de turbulência: os modelos k- e RNG k-. Por último, o estudo teórico consistiu em desenvolver um modelo simplificado 1D para determinar as características hidráulicas principais do trecho não arejado do escoamento deslizante sobre turbilhões em descarregadores em degraus. O modelo foi desenvolvido a partir das equações de Navier-Stokes, conjuntamente com resultados experimentais e numéricos. Os resultados apresentados nesta dissertação contribuem para o conhecimento do escoamento deslizante sobre turbilhões em descarregadores em degraus, nomeadamente na região não arejada, na secção inicial de entrada de ar e na região arejada. A hidráulica dos dissipadores de energia a jusante de descarregadores em degraus, em particular das bacias tipo III do USBR, é também objecto de estudo. Em relação à região não arejada do escoamento em descarregadores com declive acentuado, e com base em resultados experimentais e numéricos, são propostas expressões para estimar o desenvolvimento da altura equivalente de água, da espessura da camada limite, da concentração média de ar, do coeficiente de energia cinética, da dissipação de energia, do factor de resistência e do coeficiente n da fórmula de Manning. São ainda propostas expressões adimensionais para a energia cinética turbulenta e sua dissipação. Para declives moderados, são propostas expressões para estimar o desenvolvimento da altura equivalente de água, do coeficiente de energia cinética e da energia específica residual. São ainda apresentados valores do expoente 1/N da expressão adimensional da distribuição de velocidades, quer para descarregadores com declive acentuado quer com declive moderado. Em conformidade com outros estudos centrados em escoamentos de parede e com derivações teóricas, para a região não arejada do escoamento em descarregadores em degraus de acentuado declive, observa-se que o factor de resistência depende da macro-rugosidade criada pelos degraus e da geometria da secção transversal e que o coeficiente n da fórmula de Manning aumenta com a rugosidade. A descrição estatística da turbulência do escoamento é igualmente explorada, contribuindo para o conhecimento da estrutura do escoamento. Observou-se que para números de Reynolds rugoso não superiores a 6.8x104 a energia cinética turbulência e a sua dissipação cumprem leis de semelhança. Estas expressões adimensionais estão de acordo com os resultados obtidos por outros autores para escoamentos completamente desenvolvidos em canais abertos e no escoamento em rios com leito de gravilha. Em acréscimo, a taxa de dissipação de energia, quer para descarregadores de declive acentuado quer de moderado declive, é baixa. Por último, observa-se que os valores da média temporal da concentração de ar entre 0 e 1 medidos na região não arejada do escoamento dizem respeito não só ao ar capturado entre ondas de água, na zona de ondulação da superfície livre, mas também ao ar emulsionado no escoamento, i.e., sob a forma de bolhas de ar, quando perto da secção média inicial de entrada de ar, devido à diferença entre localizações instantânea e média temporal. Foram revistas metodologias e fórmulas para estimar a localização da secção inicial de entrada de ar e apresentadas expressões para estimar a concentração média de ar e a altura equivalente de água nessa secção. Relativamente à região de escoamento arejado em descarregadores em degraus com declive acentuado, os resultados experimentais apresentados nesta dissertação permitiram estimar a influência da definição da superfície livre nos parâmetros hidráulicos da região do escoamento arejado e estimar a máxima elevação do escoamento nesta região do escoamento. Com base nos resultados experimentais obtidos na bacia de dissipação de energia do tipo III do USBR localizada a jusante do descarregador em degraus da instalação A, observou-se que os perfis da altura piezométrica e da altura do escoamento tendem a seguir o perfil recomendado pelo USBR para bacias tipo III. A excepção ocorre à entrada da bacia, onde as alturas piezométricas apresentadas nesta dissertação excedem largamente as apresentadas pelo USBR. É ainda observado que, tal como entre as bacias tipo I e tipo III do USBR, o ressalto hidráulico estabiliza muito mais rapidamente numa bacia tipo III a jusante de um descarregador em degraus do que uma bacia tipo I a jusante do mesmo descarregador em degraus. Finalmente, observa-se que os blocos de amortecimento a colocar no descarregador não têm influência visível nos resultados da altura piezométrica nem da altura do escoamento ao longo da bacia. Relativamente às simulações numéricas do escoamento não arejado, a proximidade entre resultados experimentais e numéricos permite validar o modelo teórico e a integração numérica usados no FLOW-3D®. As simulações desenvolvidas também mostraram que o modelo de turbulência k- permite representar as características do escoamento não arejado em descarregadores em degraus, uma vez que não foram observadas diferenças significativas entre as simulações com este modelo e com o modelo RNG k-. Finalmente, observou-se que o modelo de entrada de ar usado no FLOW-3D® é válido para estimar a localização da secção inicial de entrada de ar. Por último, a proximidade entre os resultados obtidos da aplicação do modelo teórico desenvolvido no âmbito desta dissertação e os resultados experimentais indica que as hipóteses e simplificações consideradas no desenvolvimento do modelo são adequadas.

Estudo do escoamento dos produtos da combustão no interior de uma conduta de evacuação de turbinas a gás utilizadas para propulsão naval

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Escoamento turbulento na saída de um duto curvo de seção retangular

Este trabalho teve como motivação buscar as causas e apresentar alternativas de soluções que busquem sanar ou reduzir o problema de desgaste localizado, produzido pela erosão das cinzas, nos tubos do economizador das caldeiras de uma usina termoelétrica a carvão. Para este fim foi construído um modelo em escala de parte da caldeira, reproduzindo o duto curvo de retorno dos gases e, na saída do mesmo, um banco de barras de seção circular, simulando o banco de tubos do economizador. Medições de velocidade, utilizando uma sonda tipo tubo de Pitot e anemômetro de fio quente, medições do campo de pressão nas paredes e visualização do escoamento utilizando fios de lã foram aplicados para a análise do escoamento nas condições existentes na usina e nas configurações modificadas, propostas segundo critérios de controle da camada limite. A análise dos dados, comparada com medições de desgaste localizado na caldeira, levaram à identificação do processo hidrodinâmico existente e os efeitos resultantes nas modificações propostas.

Desenvolvimento de um circuito eletrônico experimental de anemômetro de fio quente

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo teórico e experimental das curvas características de um ventilador axial aplicado em pulverização agrícola

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação de medidores com múltiplas tomadas de pressão na macromedição em sistemas de água

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Estudo experimental de um reator de gaseificação em um leito fixo de açaí

Um leito de gaseificação de pequena escala foi projetado, construído e operado com o objetivo de investigar os parâmetros que influenciam o processo de gaseificação de um leito fixo de caroço de açaí. O reator é do tipo topo aberto downdraft estratificado, de dimensões de 15 cm de diâmetro interno por 1,5 m de altura, com isolamento térmico. O gás produzido foi coletado a jusante do leito de gaseificação e condensado para remoção de alcatrão, o qual foi posteriormente quantificado em titulador Karl Fisher. Após remoção do alcatrão o gás foi introduzido em um Micro GC para quantificação dos percentuais molares de H², CO, N² e CH⁴. O perfil de temperatura do leito foi medido com termopares tipo K posicionados ao longo do eixo longitudinal do leito em distâncias de 10 cm. A vazão de ar foi medida com auxilio de um tubo de Pitot e um micromanômetro. As aquisições dos dados de temperatura foram feitas por um data logger e vazão mássica do ar sendo feita usando comunicação RS232 do micromanômetro. Os procedimentos experimentais foram feitos ao longo de 4 horas de operação do leito de gaseificação, com consumo médio de biomassa de 1,6 kg/h, com 6 dados do perfil de temperatura, vazão mássica de ar, perda de carga do leito e concentração dos gases obtidos no processo de gaseificação e quantificação do teor de alcatrão condensável presente no gás. Verificou-se que o gaseificador de leito de açaí pode ser operado através de uma gama bastante ampla de taxas de fluxo de ar de 2 a 5 kg/h, com a quantidade de energia do gás produzido variando de 5 a 15 MJ/h. As concentrações típicas dos gases obtidos no leito foram de 13% de H², 11% de CO, 1,3% de CH⁴. A eficiência máxima de gás frio de 57% e teor médio de alcatrão de 155 g/m³.

Analisi della qualità del flusso di una galleria del vento per uso didattico

La galleria del vento "Wintaer" (WINd Tunnel itAER) è una piccola galleria subsonica con flusso incomprimibile utilizzata per scopi didattici, dotata di ventola assiale "Varofoil" a passo variabile per la regolazione della velocità del flusso. Lo scopo di questo elaborato è analizzare la qualità del flusso della galleria al fine di determinare le prestazioni del sistema ed alcune proprietà fondamentali, ovvero l'uniformità spaziale del flusso attraverso l'acquisizione di profili di velocità e l'intensità di turbolenza. Dalla conduzione delle prove sperimentali è emerso che la galleria permette il raggiungimento di un range di velocità compreso tra i 16 m/s e i 43 m/s, ha poca uniformità spaziale e presenta alti livelli di turbolenza. Per quanto riguarda il range di velocità si sono riscontrate problematiche relative all'impossibilità di raggiungere le basse velocità (fino a 7 m/s) a causa, molto probabilmente, di blocchi meccanici che limitano l'intervallo di angoli di calettamento (e quindi il passo) delle pale della ventola, ed è quindi necessario l'intervento della ditta per effettuare un'operazione di revisione della ventola. Relativamente ai profili di velocità, acquisiti con tubo di Pitot, e all'intensità di turbolenza, acquisita con anemometro a filo caldo, è emerso che i risultati sono stati disturbati da errori introdotti a causa dell'instabilità termica della galleria, ovvero un aumento progressivo di temperatura nell'impianto. Tale instabilità può essere risolta rimettendo in funzione l'unità di scambio di calore di cui la galleria è equipaggiata. L'attendibilità dei risultati ottenuti è quindi condizionata dall'instabilità termica, dunque, per una più preciso studio della qualità del flusso è necessario effettuare le prove sperimentali in condizioni di stabilità termica, la quale sarà essa stessa oggetto di analisi una volta rimesso in funzione il sistema di raffreddamento. Infine sono proposte soluzioni per il miglioramento della geometria dell'impianto, poco efficiente, in particolare per quanto riguarda i raddrizzatori di filetti fluidi (honeycombs) e il raccordo tra convergente e camera di prova, per il passaggio dalla sezione circolare del convergente a quella rettangolare della camera di prova. Si suggerisce lo spostamento di tale raccordo a monte della camera di calma, l'adozione di un convergente a sezione rettangolare e di una camera di calma a sezione rettangolare con honeycombs esagonali e l'aggiunta di reti per la diminuzione della turbolenza del flusso.

Optimización del proceso de producción del tubo vástago de un amortiguador Mcpherson: Caracterización del proceso de producción, metalográfica y propiedades mecánicas.

[ES]En este proyecto se va analizar metalúrgicamente todo el proceso de un tubo vástago para amortiguadores. El tubo a analizar es un tubo fabricado en Hijos de Juan Garay SA (HJG). Para analizar cada fase de fabricación del tubo, se cortan probetas en cada fase y se mandan a analizar a IK4-Azterlan. Con ello se obtiene la caracterización metalográfica y mecánica en cada momento, por lo tanto, analizando como conjunto todo los análisis de cada etapa de fabricación se podrá observar los cambios producidos en el tubo y obtener conclusiones para mejor sus proceso de producción.

Defeitos do tubo neural causam alterações estruturais no ureter? Estudo em fetos humanos

Anencefalia é o defeito do tubo neural mais severo. A morfologia do ureter de fetos anencéfalos é desconhecida. O objetivo deste trabalho é analisar a estrutura do ureter de fetos humanos normais e anencéfalos (FHA). Nós estudamos 16 ureteres de 8 fetos sem anomalias congênitas (4 masculinos e 4 femininos) com idades entre 16 e 27 semanas pós concepção (SPC) e 14 ureteres de 7 FHA (4 masculinos e 3 femininos) com idades entre 19 e 33 SPC. Os ureteres foram dissecados e emblocados em parafina. Foram feitos cortes com 5 m e depois corados com Tricrômico de Masson, para quantificação das células de músculo liso (CML) e determinação da área da a luz do ureter, espessura e diâmetro. As amostras também foram coradas com Resorcina Fucsina de Weigert ( para observação das fibras elásticas) e Vermelho de Picro Sirius com polarização e análise imunohistoquímica das fibras do colágeno tipo III. Os dados da quantificação do músculo foram expressos em densidade volumétrica (Vv-%). As imagens foram capturadas com microscópio Olympus BX51 e câmera Olympus DP70. A análise morfológica da área do lúmen, espessura e diâmetro foram feitas usando o software Image J. As médias foram comparadas usando o teste t não pareado (p<0.05). O epitélio do ureter estava bem preservado em ambos os grupos, e não houve diferença entre os grupos. Não observamos fibras do sistema elástico em qualquer ureter analisados. Concentração de músculo liso (Vv) não diferiram significativamente (p = 0,4413) em FHA (12% 1,628) e grupo controle (13,51% 0,9231). A área de luz ureteral foi significativamente menor (p = 0,0341) em FHA (6365μm 1,282), quando comparado ao grupo controle (20,170 5,480 mM). O diâmetro ureteral foi significativamente menor (p = 0,0294) em FHA (166.7μm 10,99) quando comparado ao grupo controle (240 26,6 mM). A espessura ureteral foi significativamente menor (p = 0,0448) em FHA (30.57μm 2,034), quando comparado ao grupo controle (7,453 47.49μm). Colágeno tipo III foi observado em maior quantidade nos ureteres da FHA. Alterações estruturais ureterais nos fetos anencéfalos foram significativas em nosso estudo. O ureter de fetos com anencefalia mostraram mais concentração de colágeno tipo III, menor diâmetro, área e espessura. Nervos ureterais em FHA podem ser modificados devido a lesão cerebral com consequente dano no controle dos nervos ureterais. Isto pode levar a alterações estruturais no ureter de fetos anencéfalos.

Efecto del glifosato en la morfologia del tubo dogestivo y en la actividad acetilcolinesterasa de la lombriz Eisenia fetida

[EUS] Gaur egun produktu kimiko ugari erabiltzen dira nekazaritzaren produktibitatea emendatzeko eta modu honetan nekazaritza-produktuen etekin eta kalitatea hobetzeko asmoz. Hala ere, produktu kimiko hauek ekosisteman izan ditzaketen hilgarriak ez diren eraginak askotan ez dira kontuan hartzen. Azken urteotan osagai aktibo gisa glifosatoa duten herbiziden erabilera emendatu da. Lan honetan, glifosatoak ingurunean sor ditzakeen eraginak ikertu nahi izan dira, lurzoruan oso ugaria den Eisenia fetida zizarea adierazle biologiko gisa erabiliz. Esperimentuan 10 indibiduo helduz osaturiko 4 populazio erabili ziren, zeinak 14 egunez tratamendu desberdinetan ezarri ziren (kontrola, 50, 500 eta 5000 mg glifosato/Kg lur lehor). Glifosato kontzentrazio desberdinek ez zuten zizareen hilkortasunean edo pisuaren aldaketan eraginik izan. Hala ere, digestio-hodiaren epitelioaren morfologian eta azetilkolinesterasaren jardueran aldaketak behatu ziren. Glifosato kontzentrazio baxueneko ontziko zizareetan digestio-hodiko epitelioaren altueraren uniformetasun falta behatu zen, glifosato kontzentrazio ertaineko ontziko zizareetan orokorrean epitelioaren altuera txikiagoa zen, eta glifosato kontzentrazio handieneko ontziko zizareetan digestio-hodien borobiltasuna eta epitelioaren jarraitasuna galdu zen. Azetilkolinesterasaren jardueraren murrizpena behatu zen glifosatodun lurretan egondako zizareetan. Esperimentu honetan erabilitako glifosato kontzentrazioek zizareengan hilgarriak ez diren aldaketak sortzen dituzte, aztertutako biomarkatzaileak etorkizuneko ekotoxikologia testetan erabilgarriak izan daitezkeelarik.

Caracterização microestrutural e análise de tensões residuais pelo método do furo cego em tubo de seção quadrada com costura.

Tensões residuais são uma das principais causas de falhas em componentes mecânicos submetidos a processos de fabricação. O objetivo do trabalho foi medir as tensões residuais presentes em um tubo quadrado soldado por resistência elétrica de alta frequência e caracterizar microestruturalmente o seu material. Para a caracterização, foram utilizadas técnicas de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise química quantitativa. Para a medição das tensões residuais, foi utilizado o método do furo cego, baseado na norma ASTM E837-08, onde rosetas (strain-gages) são coladas à peça para medir as deformações geradas devido à usinagem de um pequeno furo no local de medição. As deformações foram associadas às tensões residuais através de equações baseadas na Lei de Hooke. A caracterização revelou uma microestrutura composta basicamente de ferrita e perlita, típica de aços com baixo teor de carbono, corroborando com a especificação fornecida pelo fabricante. As tensões residuais encontradas foram trativas e mostraram-se elevadas, com alguns valores acima do limite de escoamento do material.