LISTA DE EXERCÍCIOS 2

Prévia do material em texto

LISTA DE EXERCÍCIOS 2 
 
 
 
Questão 1. O escoamento no tubo na figura abaixo enche um tanque de armazenagem cilíndrico 
conforme mostrado. No tempo t = 0, a profundidade da água é 30 cm. Calcule o tempo necessário para 
encher o restante do tanque. 
 
 
 
Questão 2. O recipiente cilíndrico da figura abaixo tem 20 cm de diâmetro e uma contração cônica no 
fundo com um furo de saída de 3 cm de diâmetro. O tanque contém água limpa nas condições padrão 
ao nível do mar. Se a superfície estiver descendo a uma taxa aproximadamente constante de dh/dt = 
0,072 m/s, calcule a velocidade média V para fora na saída inferior. 
 
 
 
 
Questão 3. O tanque aberto da figura abaixo contém água a 20° C e está sendo enchido através da 
seção 1. Considere o escoamento incompressível. Primeiro, deduza uma expressão analítica para a taxa 
de variação do nível da água, dh/dt, em termos de vazões (Q1, Q2, Q3) e do diâmetro do tanque d, 
arbitrários. Em seguida, se o nível h da água for constante, determine a velocidade de na saída, V2, 
para os dados V1 = 3 m/s e Q3 = 0,01 m
3
/s. 
 
 
 
Questão 4. Óleo (d = 0,89) entra na seção 1 da figura abaixo com uma vazão em peso de 250 N/h para 
lubrificar um mancal de escora. O escoamento permanente de óleo sai radialmente através da folga 
estreita entre as placas de escora. Calcule (a) a vazão volumétrica na saída em mL/s e (b) a velocidade 
média na saída em cm/s. 
 
 
 
Questão 5. Água de uma drenagem pluvial escoa para uma saída sobre um leito poroso que absorve a 
água a uma velocidade vertical uniforme de 8 mm/s, como mostra a figura abaixo. O sistema tem 5 m 
de largura normal ao papel. Encontre o comprimento L do leito que absorverá completamente a água da 
chuva. 
 
 
 
 
 
 
Questão 6. Há um escoamento permanente isotérmico a 20° C pelo dispositivo da figura abaixo. Os 
efeitos de trocas de calor, gravidade e temperatura são desprezíveis. Os dados conhecidos são D1 = 9 
cm, Q1 = 220 m
3
/h, p1 = 150 kPa, D2 = 7 cm, Q2 = 100 m
3
/h, p2 = 225 kPa, D3 = 4 cm e p3 = 265 kPa. 
Calcule a taxa de trabalho de eixo realizado por esse dispositivo e sua direção. 
 
 
 
 
Questão 7. Quando a bomba da figura abaixo bombeia 220 m
3
/h de água a 20° C do reservatório, a 
perda de carga total por atrito é de 5 m. O escoamento descarrega através de um bocal para atmosfera. 
Calcule a potência da bomba em kW entregue para a água. 
 
 
Questão 8. O sistema bomba-turbina da figura abaixo retira água do reservatório superior durante o dia 
para produzir energia elétrica para uma cidade. À noite, o sistema bombeia água do reservatório 
inferior para o superior para restaurar a situação. Para uma vazão de projeto de 56,8 m
3
/min a perda de 
carga por atrito é de 5,2 m. Calcule a potência em kW (a)extraída pela turbina e (b) entregue pela 
bomba. 
 
 
Questão 9. O tubo longo da figura abaixo está cheio de água a 20° C. Quando a válvula A está fechada, 
p1 - p2 = 75 KPa. Quando a válvula é aberta e a água escoa a 500 m
3
/h, p1 - p2 = 160 kPa. Qual é a 
perda por atrito entre 1 e 2, em m, para a condição de escoamento? 
 
 
Questão 10. Água a 20° C é bombeada a 5.678 l/min de um reservatório inferior para um superior, 
como na figura abaixo. As perdas por atrito no tubo são aproximadas hp = 27 V
2
/(2g), em que V é a 
velocidade média do tubo. Se a bomba tem 75 % de eficiência, qual a potência em HP necessária para 
acioná-la? 
 
 
 
Questão 11. Um jato de alcool atinge a placa vertical da figura abaixo. Uma força F = 425 N é 
necessária para manter a placa estacionária. Considerando que não há perdas no bocal, calcule (a) o 
fluxo de massa de álcool e (b) a pressão absoluta na seção 1. 
 
 
 
 
 
Questão 12. Considere o tanque de armazenagem da figura abaixo. Use a equação de Bernoulli para 
deduzir um fórmula para a distância X em que o jato livre, saindo horizontal, irá atingir o piso, em 
função de h e H. Para qual razão h/H a distância X será máxima? 
 
 
 
Questão 13. Água a 20° C, no tanque pressurizado da figura abaixo, escapa e cria um jato vertical 
conforme mostra a figura. Considerando escoamento permanente sem atrito, determine a altura H que é 
atingida pela jato. 
 
 
 
 
 
 
Questão 14. Na figura abaixo, o jato aberto de água a 20° C sai de um bocal para o ar ao nível do mar e 
atinge um tubo de estagnação, como mostra a figura. Se a pressão na linha de centro na seção 1 é 110 
kPa e as perdas são desprezíveis, calcule (a) o fluxo de massa em kg/s e (b) altura H do fluido no tubo 
de estagnação. 
 
 
 
 
 
 
Questão 15. Na figura abaixo, o fluido é gasolina a 20° C com uma vazão em peso de 120 N/s. 
Desprezando as perdas, calcule a pressão manométrica na seção 1. 
 
 
Questão 16. Na figura abaixo, ambos os fluidos estão a 20° C. Se V1 = 0,52 m/s e as perdas são 
desprezadas, qual deve ser a leitura do manômetro, h, em cm? 
 
 
Questão 17. Um tubo pitot é inserido em um escoamento do ar (na condição-padrão) para medir a 
velocidade do escoamento. O tubo é inserido apontando para montante dentro do escoamento, de modo 
que a pressão captada pela sonda é a pressão de estagnação, figura abaixo. A pressão estática é medida 
no mesmo local do escoamento com uma tomada de pressão na parede. Se a diferença de pressão é de 
30 mm de mercúrio, determine a velocidade do escoamento. 
 
 
 
 
 
Questão 18. Ar escoa em regime permanente e com baixa velocidade através de um bocal horizontal 
que o descarrega para a atmosfera, figura abaixo. Na entrada do bocal, a área é 0,1 m
2 
e, na saída, 0,02 
m
2
 . Determine a pressão manométrica necessária na entrada do bocal para produzir uma velocidade de 
saída de 50 m/s. 
 
 
 
Questão 19. Água escoa sobre uma comporta, num leito horizontal na entrada de um canal. A 
montante da comporta, a profundidade da água é 1,5 ft, e a velocidade é desprezível. Na seção 
contraída a jusante da comporta a profundidade é 2 in, figura abaixo. Determine a velocidade do 
escoamento a jusante da comporta e a vazão em pés cúbicos por segundo por pé de largura. 
 
 
 
 
Questão 20. O líquido na figura abaixo é querosene a 20° C. Calcule a vazão volumétrica do tanque 
desprezando as perdas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dados para resolução dos exercícios: 
 
Fluido Peso específico a 20 °C (N/m
3
) Massa específica (kg/m
3
) 20 °C 
Ar 11,8 1,20 
Óleo SAE 30 8.720 891 
Água 9790 998 
Água do mar 10.050 1025 
Glicerina 12.360 1.260 
Mercúrio 133.100 13.550 
Gasolina 720 680 
Alcool 7.733 789