Experiência Bocal conergente
O inesquecíel Professor Azeedo Neto (Em seu liro Manual de Hidráulica editado pela Editora Edgard Blücher Ltda na 7ª edição página 66) define de uma forma clara os bocais: Os bocais ou tubos adicionais são constituídos por peças tubulares adaptadas aos orifícios. Serem para dirigir o jato. O seu comprimento dee estar compreendido entre ez e meia (1,5) e três (3,0) ezes o seu diâmetro. De um modo geral, consideram-se comprimentos de 1,5 a 3,0D como bocais, de 3,0 a 500D como tubos muito curtos; de 500 a 4000D (aproximadamente) como tubulações curtas; e acima de 4000D como tubulações longas. Os bocais geralmente são classificados em : cilindros (interiores ou reentrantes) e exteriores - cônicos (conergentes e diergentes).
Portanto nesta experiência trata de um bocal cônico conergente acoplado a um orifício. Então é por isto que é denominada de experiência do bocal conergente!
bocal + al. esfera perda calcular C Cd Cc contraída bocal área Cc Objetios da experiência 22/10/2008-4 C elocidade real teórica = Ac/Ab = r/t real azão teórica =Qr/Qt Cd
Não esquecer das condições: escoamento incompressíel e em regime permanente...
Portanto a massa específica e o peso específico permanecem praticamente constantes ao longo do escoamento e as propriedades em uma dada seção do escoamento não mudam com o tempo, para isto o níel do reseratório tem que permanecer constante.
O reseratório mencionado é representado abaixo e pertence ao laboratório do Centro Uniersitário da FEI
O Manoel da mecflu está mostrando o escoamento no bocal conergente
Esquematicamente teríamos:
Determinação da elocidade média teórica no bocal, ou simplesmente elocidade teórica
Aplica-se a equação da energia entre (0) e (1) 1 p0 2 1 1 p0 2 1 1 p0 2 1 1 1 2 0 0 0 1 p0 1 0 f pi final m áquina inicial H 19,6 h H 19,6 0 0 0 0 h seo PHR no eixo do orifício Ado tando H 2g p Z 2g p Z H H H H H H H
Uma equação com duas incógnitas e agora?
Para sair desta, amos considerar o fluido como ideal (iscosidade igual a zero), isto transforma a equação da energia na equação de Bernoulli onde se tem H p 0-1 = 0, o que nos permite determinar a elocidade média teórica do escoamento, isto porque não se considerou as perdas.
Portanto: h 2 1 19,6 H p 0 1 h 2 1 19,6 1 teórica h 19,6
Analisando noamente a figura obsera-se um lançamento inclinado no jato lançado! Atraés dele nós determinaremos a elocidade real.
Eocando-se os conceitos abordados nos estudos do lançamento inclinado diide-se o moimento em outros dois:
No eixo y tem-se uma queda lire: 1 y g 2 Obsera m g 9,8 e y 2 s portantopode- t 2 y g t 2 se que são dados: se determinar t :
Já no eixo x tem-se um moimento uniforme com a elocidade igual a elocidade real. Importante obserar que o que une os dois moimentos é o tempo, ou seja, o tempo para percorrer y em queda lire é igual ao tempo para percorrer x em moimento uniforme com elocidade real.
Logo: x r t x r t
Determinação da azão real após se ter a certeza que o níel permaneceu constante e se registrou x e h L.
Fecha-se o bocal e o níel do tanque sobe Dh em Dt, logo: Q real Volume tempo A tanque t Dh
Cálculo da azão teórica
Tendo-se a elocidade teórica e a área do orifício é possíel calcular a azão teórica, já que: Q teórica teórica A orifício Q t teórica 4 D 2 o
Até este ponto, calculou-se: Q Q r r t t
O que faremos com todos estes parâmetros calculados?
Vamos introduzir os conceitos de: 1. Coeficiente de azão C d 2. Coeficiente de elocidade C 3. Coeficiente de contração C c 4. Outra maneira de se calcular a azão real - Q r
c d t r t c o t c r o c t c r r o c c t r t r d C C C Q Q Q C C A C C Q A C C A Q A A áreado orifício áreacontraída C elocidadeteórica elocidadereal C Q Q azãoteórica azãoreal C
E ainda dá para se calcular a perda no bocal + álula esfera + saída do reseratório Vamos analisar um exemplo numérico...
Uma placa de orifício de diâmetro 23 mm é instalada na parede lateral de um reseratório. O eixo da placa fica 25 cm acima do piso. Ajusta-se a alimentação de água do reseratório para que o níel se estabilize a 45 cm acima do eixo do orifício. O jato de água que sai do orifício, alcança o piso a 60 cm do plano ertical que contém a placa de orifício. Sendo, a área da seção transersal do reseratório, num plano horizontal, igual a 0,3 m 2 e sabendo-se que quando o orifício é fechado com uma rolha o seu níel, anteriormente estáel, sobe 10 cm em 30 segundos, pede-se determinar os coeficientes de elocidade, de descarga (ou azão) e o de contração.
Para a engenharia o desenho é uma das maneiras de comunicação Portanto amos praticá-la atraés do enunciado dado para a questão
Área da seção transersal = 0,3 m² (0) Orifício com diâmetro igual a 23 mm 45 cm A c = área contraída 25 cm (1) 60 cm
Respostas
Podemos resoler o problema proposto: 1 10 3 C d 1,23 10 3 0,81 2,61 C 2,97 0,88 C c C C d 0,81 0,88 0,92
E a perda no bocal: 0,45 2 1 19,6 H p 0 1 0,6 m 1 r 0,23 2,61 s 2,61 2 H p01 0,45 19,6 0,103 m
Vamos partir para os exercícios!
1 O níel de água do reseratório esquematizado a seguir é mantido constante. Para esta situação pede-se: 1. o coeficiente de elocidade; 2. o número de Reynolds teórico; 3. ao fechar o bocal, determinar o tempo para que o níel suba 10 cm; 4. pressurizando o reseratório a uma pressão igual a 0,2 kgf/cm², determinar o noo alcance do jato; 5. determinar o coeficiente de perda singular do bocal. 1,5 m H2O m Dados : g 10 ; C c 0, 9; s 2 A, m 2 ; A, cm 2 res 0 6 bocal 314 ; kgf -6 m 2 10 3 e 10 m 3 s 2,2 m Re spostas : 1m a) 0,898; b) 1,110 5 ; c) d) 3,36 m; e) 0,24 43,2 s;
2 Para a situação descrita abaixo, pede-se calcular: 1. A pressão da água no ponto 3 dentro do tubo de Pitot. 2. A elocidade real e teórica da água na seção 2. 3. A azão real de água que saí do tanque. Dados: C C = 0,92; diâmetro do bocal = 4 cm; água = 1000 kgf/m³; Hg = 13600 kgf/m³ e g = 9,8 m/s²
3
4 Água a 15 0 C: = 999,1 kg/m³; = 1,14*10-6 m²/s