Impacto de Um Jato Fenômenos de Transporte II

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

FENÔMENOS DE TRANSPORTE II EXPERIMENTAL:

RELATÓRIO 2 – Impacto de um Jato

Maria Julia de Faria Pereira - 2018016407 - Turma 16

ITAJUBÁ

2019

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

FENÔMENOS DE TRANSPORTE II EXPERIMENTAL:

RELATÓRIO 2 – Impacto de um Jato

[pic 1]

ITAJUBÁ

2019

1. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

No experimento apresentado neste relatório, foi realizado um ensaio de impacto no Laboratório de Fenômenos de Transporte 2. Esse consiste em um teste para analisar reações de quatro superfícies de contato, com diferentes angulações, quando submetidas a um jato de determinado fluido.

No ensaio: impacto a um jato relatado foi realizado um estudo funcional das reações das forças que agem sobre quatro superfícies diversas com diferentes ângulos de saída, como, também, avaliar esse processo juntamente com as massas usadas para o equilíbrio da força do jato. Seu objetivo foi investigar as forças de reação produzidas pela alteração no momento de uma vazão de fluido e a seguinte análise e comparação dos valores adquiridos pelo ensaio que são, posteriormente, calculados analiticamente através da equação da Segunda Lei de Newton juntamente com os valores de vazão volumétrica.

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

        De acordo com as anotações feitas em aula e com as informações disponibilizadas pelo professor, é possível dizer que a velocidade do fluido, v, que sai do bocal da área de corte transversal, A, é dada por

        [pic 2]

Admite-se que a magnitude da velocidade não sofre alteração conforme o fluido flui em torno do defletor e que apenas a sua direção muda.

A aplicação da 2ª lei de Newton para o fluxo defletido está apresentada a seguir:

[pic 3]

onde Fy = força exercida pelo defletor sobre o fluido e Qm = taxa de fluxo da massa mas [pic 4]

onde Qt = vazão volumétrica

Para que se obtenha um equilíbrio estático, Fy deve ser balanceado pela carga aplicada, W (e W = mg, onde m é a massa aplicada) portanto;

[pic 5]

Sendo assim, a inclinação, s, de um gráfico de W plotado contra v2 é

[pic 6]

Observe também que           [pic 7]

onde α é o ângulo de deflexão do fluxo.

        Analisando as informações, pode-se dizer teoricamente que a superfície de impacto da figura 1 é a superfície da água pelo qual o jato sai – com uma velocidade (V1 )  - e depois de ter o contato com as superfícies de angulações rebate com uma velocidade (V2 ) e ainda com uma inclinação θ com relação ao eixo horizontal. A partir disso, é possível considerar as seguintes condições:

• O sistema é permanente
• Deve se desprezar os efeitos viscosos
• Deve se desprezar os efeitos da gravidade

Levando em conta o volume e a superfície de controle empregados, é viável fazer a seguinte relação:

[pic 8]

Sendo B o parâmetro da quantidade de movimento

[pic 9]

Figura 1 – Colisão de um jato simétrico em uma placa

Como podemos visualizar também nessa captura feita em laboratório de uma situação real:

[pic 10]

Figura 2 – Esquema real do jato simétrico em uma placa

Assim, pelo Teorema de Transporte de Reynolds tem-se:

[pic 11]

        Na qual considera-se que o primeiro termo após a igualdade da equação é nulo, já que a condição do sistema permanente existente não possui de variação de massa. Sendo assim: encontra-se a equação a seguir

[pic 12]

Tomando agora somente o volume de controle temos:[pic 13]

Figura 2: Volume de controle

        A partir disso a expressão deve ser escrita dessa forma

[pic 14]

Por definições teóricas é certo dizer que o vetor dA aponta para fora da superfície de controle, por conseguinte V1 faz um ângulo de 180° com o vetor e (V2 ) gere um ângulo de 0° com dA, portanto

[pic 15]

Torna-se capaz de observar que V2 aponta para o sentido oposto ao da referência tomada, sendo ρ constante e ||V˙i|| = Vi.

[pic 16]

Utilizando A1 = A2 = A – a área do jato de água e V1 = V2 = V.

[pic 17]

Na relação apresentada a seguir, é dito que em y tem-se apenas a força Fy com sentido para baixo, por isso

[pic 18]

Sendo a vazão definida por Q = V.A

[pic 19]

Portanto, a partir disso, considera-se que a força Fy será chamada de força teórica (Fteo ) em função da área A do jato, da densidade ρ da vazão Q e do ângulo θ formado com a horizontal.

1. DESENVOLVIMENTO PRÁTICO

1. Equipamentos utilizados

• A Bancada Hidráulica F1-10 permite medirmos o fluxo pela coleta de volume por tempo.

[pic 20]

Figura 1 – Bancada Hidráulica F1-10

• O Equipamento de Impacto de Jatos F1-16 com 4 defletores de fluxo, tendo um ângulo de deflexão de 30, 90, 120 e 180 graus.

• Um cronômetro para podermos determinar a taxa de fluxo da água (não fornecido).

1. Montagem do equipamento

        Primeiramente, a placa superior do tubo foi removida e, juntamente com ela, o cilindro transparente do equipamento de teste de impacto de jato. Depois disso, um dos alunos mediu o diâmetro de saída do bocal e este foi anotado em forma de dados. Dando continuidade ao experimento, o cilindro foi substituído por um dos quatro defletores de fluxo que seria utilizado e logo depois aparafusado com o sistema. O acessório no canal da bancada hidráulica foi alcançado e, em seguida, conectou-se o tubo de entrada no conector de liberação rápida da bancada. Foram colocadas as três porcas serrilhadas e, depois, foram apertadas na sequência para manter o nível da placa superior indicado pelo nível de bolha. Nessa fase é necessário ter cuidado para que as porcas serrilhadas não sejam apertadas demasiadamente pois isso possibilita a danificação da placa superior, as porcas só devem ser apertadas o suficiente para nivelar a placa. Por fim, é necessário certificar que o eixo vertical está completamente livre para se mover e está suportado pela mola sob o reservatório de pesagem.