Trajetória e Fluxo de Jato Através de um Orifício

Trajetória e Fluxo de Jato Através de um Orifício

Glenda Sousa,Inara R. Santos, Larissa Y. S. Ramirez, Vanessa Maruyama.
Professor Luis E. G. Acevedo

EER0122 – Laboratório de Mecânica dos Fluidos I – ILATIT.

Universidade Federal da Integração Latino-Americana, Foz do Iguaçu, PR, Brasil.

Resumo 

Neste relatório nós identificamos os efeitos na perda de carga devido ao tipo de construção da saída do equipamento, e observamos que cada bocal faz com que os jatos adquiram formas e características especificas aqui descritas.

Palavras chave: Bocais; Escoamento.

1. Introdução

Para o melhor desenvolvimento dessa pratica usamos como base algumas informações teóricas, como o princípio de funcionamento do tubo de Pitot. Um tubo ou dispositivo de Pitot é um instrumento instalado paralelamente a um escoamento de fluido com um orifício central voltado diretamente para o escoamento. Os orifícios laterais medem a pressão estática enquanto o orifício central mede a pressão dinâmica. Quando o fluido escoa com determinada velocidade o tubo de Pitot recebe a pressão dinâmica (Pt) e a pressão estática (Ps) ao mesmo tempo, a soma de ambas as pressões é denominada pressão total [1]. A diferença entre as duas pressões medidas permite o cálculo da velocidade. Assumimos as condições necessárias no item 3 e utilizamos a equação de Bernoilli para equacionar os resultados os resultados do tubo de Pitout.

[pic 1]

Figura 1 - Estrutura interna do Pitot [1]

Sabemos que quando um escoamento passa por uma construção apresenta uma perca de energia. Neste experimento mostraremos essa condição através da velocidade real e da obtenção da velocidade calculada, fazendo uma razão entre elas através da contração do feixe.

1. Equipamentos e Procedimento Experimental

• Bancada H1D hidráulica volumétrica
• Bancada H33 Trajetoria e fluxo de jato através de um orifício, que consiste em um sistema de cilindro de vidro com entrada de água superior e possibilidade de duas saídas, uma na vertical e outra na horizontal. A bancada possui dois bocais com orifícios diferentes e para o experimento do jato vertical dois manômetros diferenciais para medir a pressão estática do tanque e a pressão de estagnação de uma linha de corrente dentro do jato através de um tubo Pitot.
• Seguido à explanação das orientações, os bocais para a bancada foram medidos. No jato vertical, baseando-se na altura de agua dentro do cilindro foram efetuados cálculos para a velocidade de saída e então comparação com a velocidade real, medida pelo tubo Pitot. Foi medido também a vazão de escoamento e realizando os cálculos dos coeficientes necessários.
• Calculou-se uma equação para o jato ideal, para o jato horizontal, assim como a velocidade do escoamento. As alturas foram variadas com intuito de fazer uma relação entre a descarga e a coluna de água. O procedimento foi realizado outra vez após a troca do bocal para comparação dos perfis de trajetória.

1. Resultados e Discussão

Os dados coletados no procedimento foram utilizados para determinar as velocidades teórica e real de um reservatório com orifício e para o estudo da trajetória do jato horizontal, mostrados na figura a seguir.

[pic 2]

Figura 2 - A) bocais com orifício - jato vertical B) descarga através de um orifício – jato horizontal.

Experimento Jato vertical

        Com a aplicação do princípios da conservação da massa e da equação de Bernoulli podemos obter a velocidade teorica de um jato em um orifício de uma altura estatica  e a velocidade real fazendo a leitura com o Pitot de uma altura , tendo em conta as hipóteses para a um reservatório mostrado na figura 1.A. [pic 3][pic 4]

        Hipóteses:

Escoamento em regime permanente;

Ao longo de uma linha de corrente;

Velocidade no ponto 1 é desprezível;

Atrito desprezível,

Escoamento incompressível.

        Assim com a aplicação da equação de Bernoulli:

 (eq.1)[pic 5]

Sabendo que,

 e [pic 6][pic 7]

Então a velocidade estática  (teórica)  e a velocidade real (leitura com pitot)  é             (eq.2)       e[pic 8][pic 9][pic 10]

  (eq.3) [2][pic 11]

        A medida 1 foi feita com um bocal curto com orifício circular com diâmetro igual a 13 mm, tanto na saída como na entrada, com ângulo de abertura de 30º e no meio do bocal havia uma constrição aguda. O comprimento de saída desse bocal era de 7mm.

        Já a segunda medida foi feita com o bocal curto que na entrada possuia uma entrada com curva suave, no final do bocal diâmetro de 13 mm com uma abertura de 30º porém com comprimento de 2mm.

Tabela 1 - Dados coletados para o jato vertical e resultados dos cálculos.

	Medida 1 (Orifício de constrição aguda)	Medida 2 (Orifício com curva suave na saída)
Diâmetro do jato	0,015 m	0,012 m
Coluna do orifício  (pitot)[pic 12]	0,382 m	0,383 m
Coluna de água [pic 13]	0,385 m	0,384 m
[pic 14]	2,738 m	2,741 m⁄s
[pic 15]	2,748 m	2,745 m⁄s
[pic 16]	0,996	0,998

Com os dados da tabela 1 calculamos as velocidades que foram de  2,741 m/s e  =2,748 m⁄s. Com esses valores calculamos o coeficiente de velocidade dado por  = (eq.4). Substituindo os valores na equação obtemos o valor de , estes valores para medida um que e para um diametro de 12 mm.[pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21]

        O coeficiente de descarga foi determinado medindo a quantidade de água descargada durante um período de tempo, enquanto a altura se mantém a um nível constante, assim: