Efeito Venturi e tubos de Pitot

Esse vídeo descreve o efeito Venturi e explica como um tubo de Pitot permite determinar a velocidade de um fluxo de ar. Criado por David Santo Pietro.
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Falemos sobre o efeito Venturi

Isso está relacionado a água ou
fluido fluindo em um duto

Digamos que haja água fluindo aqui.

Cuidando dos seus assuntos, tendo
um bom dia até que encontra uma obstrução

O que acontece?

A água continua a fluir,
porém mais rápido pela restrição

E a razão é porque o volume
fluindo pelo tubo é constante

Digamos que toda essa região aqui na
frente esteja cheia de fluido

E digamos que essa seção tenha ido
daqui até ali em, digamos, um segundo

Todo esse volume passou por
essa seção em um segundo

E uma lei da física diz que o mesmo volume
deve passar por cada seção desse tubo

Porque senão, para onde iria?

O tubo quebraria ou algo assim.
A água precisa ir para algum lugar

Se esse volume fluiu aqui em um segundo,
então o mesmo deve fluir nesse buraquinho

Mas a única maneira de isso acontecer
é a frente mudar sua forma

Mas essa frente precisará ir daqui
para lá em 1/4 de segundo

porque estará toda apertada aqui
ao mesmo tempo

Mas continua vindo mais água de trás

E o fluxo, volume por tempo passando em
uma seção, é o mesmo em todas as regiões

Porque a água precisa ir para algum lugar,
não pode simplesmente desaparecer

Precisa fluir,
pois a água é incompressível

De qualquer modo, o importante é que a
água flui mais rápido pela restrição

Algumas vezes, muito mais rápido

Quanto maior a diferenção entre o furo e a
seção do tubo, mais rápido o fluxo

E daí? Daí que o fluido movendo
mais rápido tem menor pressão

E porque isso acontece?
Vejamos na equação de Bernoulli

A equação de Bernoulli diz que o estado
inicial e final estão ligados pela equação

Oh, meu deus!
É assustador!

Mas veja P1. Tomamos um ponto qualquer no
tubo -- esse aqui -- e chamamos de ponto 1

Então todos esses referem-se a esse ponto

Tomemos o ponto 2 aqui,
então isso tudo representa o ponto 2

Agora note uma coisa:
Estão quase na mesma altura

Então assumimos que altura
não importa aqui e cortamos esses termos

Altura não é um problema

Então se temos a pressão
e a velocidade em 1

Você pode plugar isso aqui desse lado

E veja só:
Sabemos que a velocidade em 2 é maior

Acabamos de dizer isso porque
o fluxo volumétrico é constante

Então o fluido acelera
e a velocidade é maior aqui

Mas sabemos que essa equação é válida

Então se esse termo cresce, a pressão deve
cair para manter a igualdade

Isso é chamado de Princípio de Bernoulli

O princípio de Bernoulli diz:
se um fluido acelera, a pressão cai

É contra-intuitivo
esperamos o oposto

Pensamos que para mover rápido
o fluido precisa ter muita pressão

Pelo contrário,
um fluido veloz tem uma pressão menor

Como explicada pela equação de Bernoulli

E isso causa o efeito Venturi

O efeito Venturi é quando você tem um
tubo e deseja uma região de menor pressão

Se quer uma queda de pressão, por qualquer
motivo, então insira uma restrição

Nessa restrição o fluido mais rápido
causará queda de pressão

Essa é a ideia do efeito Venturi

Então o efeito Venturi diz que passando
numa restrição, a pressão do fluido cairá

Falando nisso, apresentarei mais uma coisa

Deixe-me tirar isso

Imagine um fluido batendo em uma parede
de tijolos. Que seja ar

Então temos fluido batendo
em uma parede de tijolos

Parece um exemplo bobo do princípio de
Bernoulli, mas verão onde quero chegar

Esta fluindo contra a parede.
O que acontecerá?

Não pode atravessar a parede
Mas precisa ir para algum lugar

Suponha que essa porção suba, essa outra
vá para lá, essa desça, e é o que acontece

Mas essa porção no meio simplesmente
pára, fica travada

Então haverá ar aqui no meio
que não se move

E se quiséssemos saber a pressão aqui,
de acordo com os dados do problema?

Usamos a equação de Bernoulli de novo

Pegamos dois pontos.
Esse o ponto 1 e esse o ponto 2

E usando a equação de Bernoulli
que está na tela

Novamente supondo os dois à mesma altura,
então desconsideramos a altura

Esses termos se igualam, então cortamos,
porque podemos subtraí-lo dos dois lados

O que mais?

Sabemos a velocidade do ar em 2. Não se
move. Está preso, parado. Então V2 é zero

E tem a pressão em 2. Chamaremos pressão
estagnada, pois o ar aqui está parado

E você pode dizer: -- Pensei que o ar
precisava ir para algum lugar

E ele vai

Mas essa porção de ar aqui está presa
e o restante continua passando ao redor

Então, qual a pressão aqui? Bem, como
dissemos antes, esses termos estão fora

P2 (pressão estagnada) = P1 + ρv²/2

E porque me preocuparia com isso?
Quem ficaria soprando ar em uma parede?

Calculamos isso porque permite construir
um importante instrumento: o tubo de Pitot

O tubo de Pitot é algo assim

E para que usamos o assim
chamado tubo de Pitot?

Usamos para medir
a velocidade de um fluido

Ou se nos movemos dentro do fluido,
para medir a nossa velocidade

O que acontece se instalamos,
por exemplo, em um avião?

Um avião voa imerso em um fluido,
no caso, o ar

Suponha que voe em direção
a essa seção, para a esquerda

Você nota o ar passando por você

O tubo de Pitot sempre terá
essa face contra o vento ou ar

O ar será guiado por aqui.
O segredo é essa área fechada

Então há ar aqui,
mas não pode se mover

O ar nessa seção não pode mover-se,
pois para onde iria?

Já dissemos que se há fluido entrando, ele precisa sair

Mas não há saída aqui

E há uma segunda câmara aqui em cima,
onde o ar flui pelo topo

Essa está direcionado para o fluxo de ar

Temos outra câmara que,
novamente, não tem fluxo

O segredo é ter algo que permita medir a
diferença de pressão entre as duas câmaras

Com câmaras divididas por uma membrana,
poderíamos medir a pressão diferencial

Se a pressão de um lado for um pouco
maior, criará uma barriga aqui

Um está medindo a pressão aqui
e o outro mede a pressão ali

E que relação matemática explica isso?
Já falamos dela!

Aqui temos a pressão estagnada, certo?
O ar não se move, logo a velocidade é zero

Então a pressão estagnada
é igual à pressão aqui em cima

Digamos que é um equipamento pequeno
e a diferença de altura é insignificante

O equipamento não tem 10 metros de altura,
então as diferenças são desprezíveis

Então temos a mesma equação anterior:
Ps = Po + ρv²/2

E assim determinamos a velocidade,
resolvendo essa equação para "v"

Temos que a velocidade
é a equação na tela

então esse equipamento permite
medir a diferença de pressão aqui

Sabendo a densidade do ar,
podemos determinar a velocidade do fluido

Em outras palavras,
a velocidade do avião relativa ao ar

Legendado por Bruno HOL