CÁLCULO DA FORÇA NO DESVIADOR DE JATO FIXO

Nesta aula da série "Mecânica dos Fluidos Descomplicada", abordamos um tema importante: o cálculo da força em um desviador de jato fixo. Este é um dos exemplos de aplicação da equação da quantidade de movimento, fundamental na análise de escoamentos em sistemas de engenharia.

O desviador de jato fixo é um dispositivo usado para mudar a direção de um jato livre de fluido. O jato livre é caracterizado por sair de um bocal e estar sujeito apenas à pressão atmosférica, considerada zero em termos efetivos. A forma do bocal, muitas vezes cônica, tem a função de converter energia potencial em energia cinética, aumentando a velocidade do jato.

A análise considera um fluido incompressível, escoamento em regime permanente e propriedades uniformes nas seções analisadas. Com essas premissas, aplica-se a equação da quantidade de movimento para determinar as componentes de força nas direções horizontal (x) e vertical (y).

Na direção x, a força é dada por:
Fₓ = ρ ⋅ Q ⋅ (V₁ - V₂ ⋅ cosθ)

Na direção y:
Fₑ = - ρ ⋅ Q ⋅ V₂ ⋅ senθ

Onde:

ρ é a massa específica do fluido

Q é a vazão volumétrica

V₁ e V₂ são as velocidades do fluido nas seções de entrada e saída, respectivamente

θ é o ângulo de desvio do jato

Considerando que V₁ ≈ V₂ (hipótese de atrito desprezível e diferença de cota insignificante), e que as velocidades podem ser representadas como Vₘ (velocidade do jato), as equações simplificadas ficam:

Fₓ = ρ ⋅ Aₘ ⋅ Vₘ² ⋅ (1 - cosθ)

Fₑ = - ρ ⋅ Aₘ ⋅ Vₘ² ⋅ senθ

Estas equações mostram como o desvio do jato resulta em uma força sobre o anteparo, e são fundamentais para dimensionar componentes mecânicos sujeitos a escoamentos.