Avaliação do Impacto de Jato d’água em Superfícies Sólidas

Páginas: 5 (1198 palavras) Publicado: 15 de outubro de 2013

Avaliação do Impacto de Jato d’água em Superfícies Sólidas
Emerson Valt1,Raphael Almeida Cunha2, Marcelo Nunes Murakami3, Felipe João Machiavelli4
¹ Orientador do Laboratório
2,3,4 Alunos da graduação, 5º período.
Mecânica dos Fluidos / Laboratório de Mecânica dos Fluidos/ Engenharia Mecânica
Pontifícia Universidade Católica do Paraná – Escola Politécnica



Resumo – Este artigodescreve a relação entre a força de campo e a taxa líquida na qual a quantidade de movimento está saindo do volume de controle através da superfície de controle.

Abstract – This article describes the relation between the field strength and the net rate at which the amount of motion is exiting the control volume through the control surface.




Introdução

Um volume de controle é um volumearbitrário no espaço através do qual o fluido escoa. A fronteira geométrica do volume de controle é denominada de superfície de controle. A superfície de controle pode ser real ou imaginária; ela pode estar em repouso ou em movimento.

Deduzindo uma descrição para volume de controle a partir de sistema de um escoamento e relacionando a taxa de variação de qualquer propriedade extensivaarbitrária, , do sistema com quantidades associadas com o volume de controle.

Obtêm-se:


(1)

A partir da segunda lei de Newton que diz que todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças aplicadas sobre ele, obtêm-se formulação matemática para aplicação a um volume de controle.






Para umvolume de controle não acelerado a equação da quantidade de movimento linear e dada por:


(2)

Essa equação é uma formulação sem aceleração para a segunda lei de Newton que estabelece que a força de superfície e de campo atuando sobre o volume de controle leva à taxa de variação da quantidade de movimento dentro do volume de controle e/ou a taxa líquida na qual a quantidade de movimento estásaindo do volume de controle através da superfície de controle.


Método

O experimento teve como objetivo descrever a relação entre a força de campo e a taxa líquida na qual a quantidade de movimento está saindo do volume de controle através da superfície de controle. Uma vez que nesse caso forças de superfície e a taxa de variação dentro de um volume de controle são desconsideradas,considerando o sistema em regime permanente, fluxo uniforme nas seções e fluido incompressível.


Utilizou-se um equipamento que a água proveniente de um bocal estacionário dirigida paralela ao eixo vertical a uma superfície exerce uma força contrária a da equação 3 que varia em função do deslocamento em x do peso (12N).









Figura 1 – Esquema ilustrativo doexperimento

A força aplicada contra o jato de água segue a relação:


(3)

Variações na vazão de água são feitas afim de manter o sistema em equilíbrio (eixo do deslocamento do peso paralelo com o eixo horizontal), pela vazão diante da equação de quantidade de movimento linear calcula-se então a força teórica .

Em equilíbrio:

(4)

Para cálculo da vazão mássica , utilizou-se umreservatório de água com massa padrão de 12 kg sendo cronometrado o tempo em que a água do bocal leva para preencher todo o reservatório.


(5)

Superfícies com geometria diferentes foram utilizadas no experimento a fim de obter dados comparativos e explorar o princípio teórico da equação de quantidade de movimento linear.






Resultados e Discussões

Superfície-1

t(s)
(mm)
26
120
3760
98
9

Primeiro:
t=26s e = 120mm
De acordo a equação (2):



Considerando:

Regime permanente
Fluxo uniforme nas seções
Fluido incompressível

Em y




Em A1, v1 =
Em A2, =0

Assim calculando:








Analogamente:



-2.88
-2.71
-1.44
-1.34
-0.22
-0.19

Nota-se pelos resultados aproximação esperada pela relação em (4). Há presença de erros...
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