Fenomenos de Transporte

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Fenômeno de Transportes

Ação Hidrodinâmica  

São Paulo

2015

EXPERIMENTO 3:

Ação hidrodinâmica

Disciplina: Fenômenos de Transporte – FETRANSP

Professor: Mauricio Cabral

Curso: Engenharia Civil            

Alunos: 

Ananda Souza Barros        20709842

Elidio F. da Silva Junior        20758412

Gabriela Neves Luis        20754958

Kelita Elen Santos Jesus        20731927

Mariana Marciano Rocha da Silva        20711159

Valéria Costa de Barros        20377514            

1. Introdução

Quando um jato de fluido incide sobre uma superfície sólida, ele exerce uma força sobre a superfície, força essa que é resultante das tensões normais (pressões) e das tensões tangenciais (cisalhamentos), que se desenvolvem na interface sólido-fluido.

Por este efeito de ação e reação, se a superfície sólida é fixa, a superfície exerce uma força igual e contraída sobre o fluido. Se a superfície sólida não é fixa ela pode, sob ação de um jato, ser deslocada. Esse deslocamento sob a ação de jato é utilizado, para movimentar alguns tipos de turbinas hidrali9cas, como a turbina Pelton por exemplo, ou para acionar dispositivos automáticos de controle.

1. TRATAMENTO ANALITICO

       A força que um jato cilíndrico circular de fluido exerce sobre uma placa circular plana, inclinada de um ângulo α em relação ao eixo do jato, como indicado na Fig.1, pode ser obtida a partir dos princípios de conservação de massa (continuidade) e de Conservação de Quantidade de Movimento (2º Lei de Newton).

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São adotadas as seguintes hipóteses simplificadoras:

• O escoamento é permanente;
• O fluido é incompressível;
• A resultante das tensões de cisalhamento é praticamente nula sobre a placa;
• V0 = V1 = V2;
• A força F que a placa exerce sobre o jato é resultante das pressões, sendo portanto normal à placa
• O diâmetro do jato na aproximação da placa é o mesmo diâmetro do bocal que emitiu;
• A forca peso que atua sobre o volume de fluido no volume de controle é pequena quando comparada com as outras forças envolvidas

A equação da quantidade de movimento da forma integral

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A aplicação da Eq. (1) volume de controle indicado na figura 1 , com hipóteses adotadas, leva aos seguintes resultados:

• Projeção na direção de F

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• Projeção na direção paralela à placa

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A força que é transmitida para o eixo que sustenta a placa e que tem a direção do jato, correspondente à projeção da resultante F na direção do eixo, insto é,

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Quanto o ângulo α é diferente de π/2 a partição da vazão nossa semi-planos 1 e 2 é desigual e as vazões Q1 e Q2 podem ser determinadas. Para tanto toma-se a equação da continuidade, que com as hipóteses adotadas é

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Usa-se a hipótese V0 = V1 = V2 e transforma-se a Eq. (3) em

Ω1- Ω2 = Ω0 cos α

Somando-se e subtraindo-se membro a membro as Eqs.( 5) e (6), obtém-se respectivamente

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1. VERIFICAÇÃO EXPERIMENTAL

1. Objetivo

Esta experiência objetiva a determinação da força resultante da ação de um jato de agua de seção circular sobre uma placa plana e a comparação do valor determinado com o calculado através da Eq. (4).

1. Montagem Experimental

A montagem experimental consta de uma estrutura metálica articulada em quatro eixos. Nesta estrutura é fixada a placa. Há um fiel para indicar a posição de equilíbrio da estrutura sob a ação de forças opostas equilibradas. A ação do jato sobre a placa é compensada por contrapesos colocados sobre um braço solidário a uma parte da estrutura articulada.

O jato provem de um local cilíndrico com diâmetro interno d= 1,975 cm.

Há um medidor deprimogêneo para a medição da vazão do jato. A lei do medidor encontra-se indicada no quadro do manômetro diferencial de Hg. O controle da vazão é feito por um registro de gaveta instalado e jusante do medidor.

1. Procedimentos

1. Coloque uma das placas na estrutura articulada. (Placas: 45º, 60º, 75º e 90º).
2. Verifique o ajuste do fiel.
3. Coloque o prato que serve para suporte dos contrapesos no braço horizontal e nele um contrapeso conhecido.
4. Aumente paulatinamente a vazão até que o fiel retorne à posição de equilíbrio.
5. Leia e anote a posição dos meniscos do manômetro diferencial de mercúrio ligado ao medidor de vazão.
6. Aumente bruscamente a vazão e, em seguida, reduza gradativamente até que o fiel retorne a posição de equilíbrio, e repita o item (e).
7. Repita os itens de (a) até (f) para os dois outros diferentes contrapesos.
8. Repita os itens de (a) a (g) para outras três placas.

1. Considerações Finais

1. Coloque uma das placas na estrutura articulada. (Placas: 45º, 60º, 75º e 90º).
2. Verifique o ajuste do fiel.
3. Coloque o prato que serve para suporte dos contrapesos no braço horizontal e nele um contrapeso conhecido.
4. Aumente paulatinamente a vazão até que o fiel retorne à posição de equilíbrio.
5. Leia e anote a posição dos meniscos do manômetro diferencial de mercúrio ligado ao medidor de vazão.
6. Aumente bruscamente a vazão e, em seguida, reduza gradativamente até que o fiel retorne a posição de equilíbrio, e repita o item (e).
7. Repita os itens de (a) até (f) para os dois outros diferentes contrapesos.
8. Repita os itens de (a) a (g) para outras três placas.

Placa	Resistencia	Vazão
Ângulo α (°)	Massa (g)	ΔH (mm)
45	36	74-56=18
98	78,5-51,5=27
200	86-45=41
60	36	72-57,6=14,4
98	74,9-55,3=19,6
200	80-50,5=29,5
75	36	69,5-60,5=9
98	72,5-57,5=15
200	76,5-53,5=23
90	36	69,5-60=9,5
98	72-58=14
200	75,5-54,5=21

Força passo do prato = 0,0588N