O TUBO DE PITOT

## O TUBO DE PITOT

Brenno Brummel de Figueiredo [brennobf@des.cefefmg.br] a Davidson Coelho Campos [davidsoncoelho@yahoo.com.br] b Paulo Cezar Santos Ventura [pcventura27@yahoo.com.br] c Dácio Guimarães de Moura [dacio@dppg.cefetmg.br] d

a Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET MG, DAEE, LACTEA)

## INTRODUÇÃO

O principal objetivo deste trabalho é a familiarização dos alunos do ensino médio, e até mesmo de graduação, com o mecanismo do tubo de Pitot, assim como as suas várias aplicações. Para isso faz-se necessário, da parte dos alunos, a compreensão de alguns conceitos da mecânica dos fluidos, como pressão de impacto ou total, pressão estática e pressão diferencial ou dinâmica.

Um protótipo foi construído para um melhor entendimento do funcionamento do Tubo de Pitot. Este aparelho consiste em um ventilador e um canal de vidro de sessão transversal quadrada com 15cm de lado e 40cm de comprimento, com a finalidade de direcionar o fluxo de ar. No centro do canal há as duas extremidades do Tubo de Pitot. O tubo u tilizado foi de vidro com 10mm de diâmetro e em forma de U, justamente por ser o mais simples tipo de medidor de pressão diferencial. O fluido a ser colocado dentro do tubo em U deve ser de densidade e viscosidade conhecidas, podendo até mesmo ser água. Quanto maior a densidade do fluido menor a sensibilidade da escala, e quanto menor a densidade do fluido mais sensível será a escala. A velocidade do fluido - do ar - depende da velocidade de giro do ventilador e pode ser controlada através de um circuito eletrônico. Deve-se conhecer também a densidade do fluido que está em movimento, neste caso, o ar.

Para se conhecer a velocidade do ar, primeiramente deve-se encontrar a pressão diferencial obtida medindo-se a diferença de altura em milímetros entre as colunas do tubo em U. Como já citado anteriormente, é necessário conhecer a densidade e a viscosidade do fluido que se encontra dentro do tubo em U. De posse da pressão diferencial, pode-se calcular a velocidade do fluido que está em movimento através das Equações de Bernoulli.

## HISTÓRICO

O tubo de Pitot foi criado em 1732 pelo físico francês Henri Pitot (1665-1743). Seu principal objetivo era o de medir a velocidade do fluxo da água no Rio Sena, que atravessa Paris. A partir de então, o tubo de Pitot difundiu-se em diversas aplicações e evoluções decorrentes da primeira tentativa.

## FUNCIONAMENTO

O tubo de Pitot funciona basicamente como um medidor de pressão diferencial, necessitando para isso, possuir duas pressões bem definidas e comparadas. A primeira fonte de pressão do

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sistema é a pressão de impacto, ou pressão total, ou pressão de estagnação, tomada na extremidade do tubo de Pitot através de sua entrada frontal principal, relativa ao fluxo de dado fluido. Vale lembrar, que o tubo de Pitot mede não somente a pressão do ar, mas de todos os possíveis fluidos.

A segunda tomada de pressão é a de pressão estática, que pode ou não ser tomada na mesma localidade do tubo de Pitot. Geralmente essa tomada localiza-se nas proximidades da tomada de pressão de impacto, se não, no mesmo corpo do tubo de Pitot, porém também pode estar locada em uma posição totalmente distinta da tomada de pressão de impacto. A tomada de pressão estática precisa estar localizada numa posição de ângulo reto ao fluxo laminar do fluido, para melhor precisão.

A diferença de pressão pode então, depois de medida, ser chamada de pressão dinâmica. Conhecida essa pressão dinâmica, é possível a obtenção da velocidade de dado fluido, conhecendose também a densidade desse fluido, através de equações convenientes. Em geral o tubo de Pitot encontra-se em áreas de fluxo laminar, sem muita perturbação ou turbilhonamento.

## CÁLCULOS

Através da pressão dinâmica conhecida de um fluido, pode-se, usando-se as Equações de Bernoulli, conhecer a velocidade desse fluido.

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Caso a velocidade do ar seja muito grande, ele começa a encontrar dificuldade em penetrar na tubulação de impacto, dificultando a medição, pois passa a ser um fluido compressível. Nesse caso a equação acima não pode ser utilizada. Uma variação da equação de Bernoulli é então utilizada. Para que isso não ocorra, faz-se necessário uma barreira redutora de velocidade desse fluido, permitindo que tal fluido entre pelo tubo de Pitot. Aos demais fluidos que são incompressíveis a equação original de Bernoulli faz-se aplicável.

## APLICAÇÕES

Atualmente o tubo de Pitot possui inúmeras aplicações, entre elas: aviação, náutica, aeromodelismo, vazão de fluxo em tubulações industriais, estudos relacionados aos fluidos, medição de temperatura (com o aparato necessário), simples medição de pressões, altitudes, velocidades, e também auxiliando pesquisas meteorológicas.

Desde seu invento, o tubo de Pitot recebeu diversos acréscimos de mecanismos e soluções práticas e tecnológicas, principalmente concernentes à precisão de medições e medidores. Contudo, o mecanismo básico continua o mesmo. Sua construção varia de acordo com a sua utilização: comprimento, diâmetro, formas, medidores de pressão diferencial, material de construção, proteções, e são todos imprescindíveis para uma boa precisão de medição. O tubo de Pitot pode fornecer exatidão de até menos de 1% de erro, dependendo de seus medidores.

## METODOLOGIA

Um protótipo foi construído para uma melhor compreensão do funcionamento do Tubo de Pitot. O medidor de pressão diferencial utilizado foi um tubo em U, justamente por ser muito

simples e de funcionamento facilmente compreendido. Através da diferença de altura entre as colunas do fluido interno ao tubo em U pode-se calcular a pressão d iferencial, e a partir daí calcular a velocidade do fluido que está em movimento, que neste caso é o ar. Utiliza-se a equação de Bernouli para fluidos incompressíveis, pois a velocidade do fluido a ser medida é baixa.

A construção deste objeto faz parte de uma série de projetos desenvolvidos no Laboratório Aberto de Ciência, Tecnologia, Educação e Arte (LACTEA) do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), onde um trabalho de investigação sobre pedagogia de projetos vem servindo de base à proposição de novos processos de ensino-aprendizagem, voltados para o desenvolvimento científico, tecnológico e humanístico integral de estudantes de Engenharia, bem como para o incentivo às inovações de materiais, equipamentos e tecnologias.

## O PROTÓTIPO

Este objeto consiste de um ventilador de frente para um canal de vidro transparente de sessão transversal quadrada com 15cm de lado e 40cm de comprimento, com a finalidade de direcionar o fluxo de ar. No centro do canal há as duas extremidades do Tubo de Pitot.

- O tubo utilizado foi de vidro transparente, com 10mm de diâmetro e em forma de U. O fluido a ser colocado dentro do tubo em U deve ser de densidade e viscosidade conhecidas, podendo até mesmo ser água. Quanto maior a densidade do fluido menor a sensibilidade da escala, e quanto menor a densidade do fluido mais sensível será a escala.

A velocidade do fluido, neste caso, do ar, depende da velocidade de giro do ventilador e pode ser controlada através de um circuito eletrônico que controla a velocidade do motor do ventilador. Para se conhecer a velocidade do fluido, primeiramente deve-se encontrar a pressão diferencial. Para isso mede-se a diferença de altura, em milímetros, entre as colunas do tubo em U. Como já citado anteriormente, é necessário conhecer a densidade e a viscosidade do fluido que se encontra dentro do tubo em U.

De posse da pressão diferencial pode-se calcular a velocidade do fluido que está em movimento através das Equações de Bernoulli para fluidos incompressíveis, já que a velocidade do fluido é baixa. É indispensável conhecer também a densidade do fluido que está em movimento, neste caso, o ar.

## CONCLUSÕES

Através deste protótipo é possível ensinar conceitos básicos de mecânica dos fluidos a alunos do ensino médio e a alunos de graduação, de uma forma fácil e rápida. Os fenômenos expostos pelos professores são observados de uma forma concreta e são facilmente compreendidos. Os alunos podem ainda interagir com o objeto e testar a veracidade de algumas hipóteses formuladas por eles ou lançadas pelo professor. Dois dispositivos podem ser abordados: o Tubo de Pitot e o medidor de pressão diferencial tipo Tubo em U.

## REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

FOX, Robert W. - Introdução á Mecânica dos Fluidos;

GILES, Ranald V. - Mecânica dos Fluidos e Hidráulica;

Estudo do Tubo de Pitot - Trabalho realizado por alunos do 1° Período de Engenharia Industrial Mecânica no LACTEA/CEFET-MG no 2º semestre de 2003.

Apoios: LACTEA - Laboratório Aberto de Ciência Tecnologia Educação e Arte CEFET-MG - Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais