Mecânica dos fluidos/Exercícios resolvidos/E17

Fonte: testwiki
Revisão em 23h10min de 22 de fevereiro de 2011 por imported>MaskedAce
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Enunciado

Calcular a vazão de saída de água de um reservatório com altura de 10 m, descarregando livremente na atmosfera, considerando

  1. uma saída com embocadura de 15 cm de diâmetro;
  2. que a embocadura seja em ângulo reto e seja instalado um difusor com aumento da abertura para 30 cm;
  3. que a embocadura seja suave e seja instalado o mesmo difusor.

Calcular também a pressão na abertura e a velocidade de descarga na atmosfera, após a instalação do difusor. Considerar o valor do coeficiente de recuperação de pressão como 0.3 (um valor baixo).

Solução

Sem difusor

Independentemente do formato da embocadura,


Δh=12gαv¯2v¯=2gΔhα


Considerando α = 1,


v¯=29.8m/s210m1=14m/s


O Número de Reynolds será


NRe=ρv¯Dμ=1000kg/m314m/s0.15m0.0010kgm1s1=2100000


o que faz com que a aproximação α = 1 seja bastante razoável. Assim, a vazão será


Φ=πD24v¯=3.1(0.15m)2414m/s=0.24m3/s


Com difusor (embocadura em ângulo reto)

v¯1=αNl1+(1A1A2Nc)α1+(A1A2)2α2v¯


v¯1=αNl1+(1(D1D2)2Nc)α1+(D1D2)4α2v¯


v¯1=10.5+(1(15cm30cm)20.3)+(15cm30cm)414m/s=14m/s


O difusor foi ineficaz, devido à grande perda introduzida pela abertura em ângulo reto.

Com difusor (embocadura suave

v¯1=10.04+(1(15cm30cm)20.3)+(15cm30cm)414m/s=19m/s


Φ=πD24v¯=3.1(0.15m)2419m/s=0.33m3/s


A vazão aumentou em quase 30%. A pressão na abertura é calculada da seguinte maneira:


Nc=Δpρv¯122Δp=p2p1=ρNcv¯122


0p1=ρNcv¯122p1=1000kg/m30.3(19m/s)22=53kPa


A pressão na abertura cai bem abaixo da pressão atmosférica. Já a velocidade de saída será


v¯2=A1A2v¯1=(D1D2)2v¯1=(15cm30cm)219m/s=4.7m/s


Uma queda muito grande. O exemplo mostra que, mesmo um difusor com um valor baixo de Nc pode ser bastante eficaz. Um difusor pode ter um Nc de 0.7 ou ainda maior.


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