OS JATOS LIVRES

CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINTA

CURSO SUPERIOR EM ENGENHARIA CIVIL

ITALO MINORU DE VASCONCELOS TOWGA

MARINA MESQUITA MAGALHÃES

LUCAS CARVALHO DE MENEZES

LIANARA DE ABREU MARTINS

LARISSE DE AQUINO SOUSA

JOÃO VICTOR MUNIZ

JATOS LIVRES

SOBRAL

2018

ITALO MINORU DE VASCONCELOS TOWGA

MARINA MESQUITA MAGALHÃES

LUCAS CARVALHO DE MENEZES

LIANARA DE ABREU MARTINS

LARISSE DE AQUINO SOUSA

JOÃO VICTOR MUNIZ

JATOS LIVRES

Trabalho destinado à avaliação parcial da disciplina de

Hidráulica solicitado pelo professor Tyahgo Aragão, do

curso superior em Engenharia Civil no Centro

Universitário UNINTA.

SOBRAL

2018

JATOS LIVRES

RESUMO

Ao analisar o comportamento dos fluídos, é importante observar os momentos em que o fluído passa de um reservatório ou tubo para o meio externo. Na maior parte dos casos, essa passagem se dá por aberturas, podendo ser orifícios ou bocais. As propriedades relacionadas ao deslocamento dos fluídos são possíveis de entender quando se estuda as velocidades e as vazões do jato de água. Sendo assim, o experimento dos “jatos livres” tem como objetivo calcular as velocidades e as vazões reais, bem como calcular as velocidades e vazões teóricas, utilizando conceitos vistos em sala de aula para calcular a magnitude e o sinal do Coeficiente de Descarga (Cd) a partir da geometria do orifício de descarga. Para tal, foi utilizada uma bancada didática para estudo de jatos livres, a atividade foi desenvolvida a partir da observação do fluxo de uma coluna de água na forma de um jato que escoa através de um orifício na superfície lateral do recipiente. Ao marcarmos uma altura h, e uma h1 no recipiente de água, podemos então calcular o tempo gasto para que a água atinja a altura h1, logo teremos os dados necessários para calcular a velocidade, vazão e o coeficiente de descarga. Os resultados mostram uma discrepância entre os valores reais e os teóricos tanto na velocidade como na razão, devido a fatores como: geometria do orifício, desnível da coluna de pressão. O experimento realizado foi de grande auxilio para os estudantes, vista a importância do estudo prático da disciplina.

PALAVRAS-CHAVE: Jatos Livres; Vazão; Velocidade; Coeficiente de Descarga; Experimento.

INTRODUÇÃO

O estudo dos fluidos sempre despertou o interesse do homem ao longo da história da humanidade, seja pelos fenômenos naturais por ele observados ou pela própria aplicação dos fluidos. As pinturas rupestres encontradas em cavernas, onde eram seus abrigos, nos mostram que o homem pré-histórico sempre se encantou com o movimento das águas e dos ventos. Juntamente ao interesse cresceu a necessidade desse estudo, afim de que ele suprisse suas necessidades e pudesse atribuir um maior conforto e praticidade nas atividades do seu dia-a-dia. Um exemplo clássico da materialização desse estudo são os aquedutos construídos pelos romanos, que objetivavam uma distribuição de água para suas vilas que ficavam distantes das fontes utilizadas. Até os dias atuais esse estudo avança continuamente e tem com o objetivo principal o mesmo dos homens pré-históricos, obter uma melhor qualidade de vida.

O escoamento da água em bocais é comum em situações cotidianas de engenheiros, como por exemplo, em tanques industriais e dimensionamento de sistemas de irrigação. Obras de grande porte como essas, só podem ser retiradas do projeto, após muitos estudos, cálculos e experimentos reais, já que na prática, os fluidos apresentam, muitas vezes, comportamentos desorientados, trazendo ao estudo uma complexidade enorme. Uma das principais maneiras de experimentar um fenômeno real, é tentar criá-lo em pequena escala, afim de obter resultados reais e conciliá-los com a matemática, e por fim, materializar o projeto com riscos bruscamente diminuídos.

Bancada Didática para Experimentos de Jatos Livres é o nome do equipamento utilizado para o estudo referente a este relatório. A mesma oferece a possibilidade de um amplo leque de opções de experimentos, quando associada aos diversos bicos para os bocais. A bancada é desenvolvida com a finalidade didática e educacional, já que ela estuda os movimentos mais simples possíveis dos fluidos. O Estudo de Escoamento em Bocais, um ramo da hidráulica, é um tipo de escoamento de líquidos através de aberturas com formas e tamanhos distintos.

Em sua formulação, são utilizadas equações básicas da hidráulica (como Equação da Continuidade) e equações da cinemática de corpos.

A velocidade do jato de água desse equipamento, pode ser obtida de duas maneiras. Uma delas nos dá uma velocidade um tanto teórica por meio da

Equação 1. Equação essa que descreve o comportamento de um fluido que se move ao longo de um tubo ou conduto. O princípio de Bernoulli afirma que para um fluxo sem viscosidade, um aumento na velocidade do fluido ocorre simultaneamente com uma diminuição na pressão ou uma diminuição na energia potencial do fluido.

V12/2g + Z1 + P1/γ = V22/2g + Z2 + P2/γ                (1)

Onde V1 é a velocidade inicial do fluido, V2 é a velocidade final do fluido, Z1 é a cota de saída do fluido, Z2 é a cota de nível do reservatório, P1 é a pressão manométrica no início do sistema, P2 é a pressão manométrica no final do sistema, γ é o peso específico do fluido e g é a aceleração da gravidade.

Essa equação apesar de bem fundamentada, não leva em consideração as perdas de carga, bem como outros fatores importantes que influenciam diretamente na velocidade final do fluido. Portanto na maioria das vezes opta-se por utilizar a outra forma de obtenção dessa velocidade, já que a segunda considera outros fatores que nos dá uma velocidade mais aproximada da real. O diferencial desse método é a aplicação de um coeficiente de descarga calculado a partir das dimensões do bocal, do reservatório, e do nível de água armazenada. No experimento em questão verificou-se ambos os métodos.