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Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com Exemplo – No tubo da figura, determinar a vazão em volume e a velocidade na seção ( 2 ), sabendo – se que o fluído é água. Nota: Como o fluido é incompressível, (líquido) então a Equação da Continuidade nos dá: A vazão será: 1 1 1 1 21 10mQ v A Q s cm= × ⇒ = × 2 4 2 1 10 m cm × 3 31 2 2 2 2 2 10 2 5 Q m s ou mQ v A Q s cm −⇒ = = × ⇒ = × 2 4 2 1 10 m cm × 3 32 10Q m s−⇒ = Portanto: 3 3 10Q m−= 3 1000 1 L s m × 1Q L s⇒ = 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 21 10 Q Q Q v A v A v A v A m sv v cm A = = × × = × × ×= ⇒ = 25 cm 2 2v m s⇒ = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com Exemplo resolvido 4.1 – Ar escoa num tubo convergente. A área de maior seção do tubo é 220cm e a menor 210cm . A massa específica do ar na seção (1) é 30,12utm m , enquanto na seção (2) é 30,09utm m . Sendo a velocidade na seção (1) 10m s , determinar a velocidade na seção (2) e a vazão em massa. Nota: Trata-se de fluído compressível, 1 2ρ ≠ ρ e a Equação da Continuidade nos dá 1 2m mQ Q= . 1 2 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 0,12 m m m ut Q Q Q v A v A v A v Av v A m = = ρ× × ρ × × = ρ × × ρ × ×= ⇒ =ρ × 3m 210 20m s cm× × 0,09 utm 3m 210 cm× 2 1 1 31 26,67 0,12m m v m s utmQ v A m Q ⇒ = = ρ × × ⇒ = 10 m× 220 s cm× 21m× 4 210 cm 2 2 3 3 2 2,4 10 0,09 m m m Q utm s ou utmQ A m v Q −⇒ = × = ρ × × ⇒ = 26,67 m× 210 s cm× 21m× 4 210 cm 32,4 10mQ utm s −⇒ = × Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com Exemplo resolvido 4.2 – Um tubo admite água ( )3100utm mρ = , num reservatório com uma vazão de 20L s . No mesmo reservatório é trazido óleo ( )380utm mρ = por outro tubo com a vazão de 10L s . A mistura homogênea formada é descarregada por um tubo cuja seção tem uma área de 230cm . Determinar a massa específica da mistura no tubo de descarga e a velocidade da mesma. Pela Equação da Continuidade: 1 2 3 1 1 2 2 3 3 m m m mQ Q Q Q Q Q Q Q + = = ρ× ρ × + ρ × = ρ × Como os fluídos admitidos são incompressíveis, além de ser válida a Equação da Continuidade, vale a relação: 3 1 2 3 320 10 30 L LQ Q Q Q Q L s s s = + ⇒ = + ⇒ = Logo: 3 3 1 1 2 2 1 1 2 2 3 3 3 3 3 33 3 3 3 100 20 80 10 30 28002000 800 30 utm L utm L Q Q m s m sQ Q Q LQ s utmutm L utm L mm s m L s L s × + ×ρ × + ρ ×ρ × + ρ × = ρ × ⇒ ρ = ⇒ ρ = ⇒ ×× + × ρ = ⇒ ρ = s 30 L s 3 3 3 3 3 3 93,3 30 utm m Qv v L A ⇒ ρ = = ⇒ = 31 s m× 1 1000L 230 cm 21m× 4 210 cm 3 10v m s⇒ = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com Exemplo resolvido 4.5 – No dispositivo da figura, o pistão desloca-se 0,5m e o trabalho realizado nesse deslocamento é 50kgf m× . Supõe-se que não haja perda de pressão entre a saída da bomba e a face do pistão. Determinar: a) A potência fornecida ao fluído pela bomba; b) A vazão em L s ; c) A pressão na face do pistão. 50 0,5 0,5 W kgf m S m t s = × = = ? ? ? N Q P = = = 2 50 100 0,5 50 pd W kgf mN N N kg c f m s t s A SVQ Q Q t t m ×= ⇒ = ⇒ = × ×= ⇒ = ⇒ = 2 4 2 1 10 m cm × 0,5× 0,5 m 3 35 10 100 Q m s s N kgfN P Q P P m Q −⇒ = × ×= × ⇒ = ⇒ = s 3 35 10 m−× 1 s 2 2 20.000 2kgf kgfP ou P m cm ⇒ = = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.1 – Ar escoa por um tubo de seção constante de diâmetro 5cm . Numa seção (1) a massa específica é 30,12utm m e a sua velocidade é de 20m s . Sabendo-se que o regime é permanente e que o escoamento é isotérmico, determinar: a) A velocidade do gás na seção (2), sabendo que a pressão na seção (1) é 21kgf cm (abs) e na seção (2) é 20,8kgf cm (abs); b) A vazão em massa; c) A vazão em volume em (1) e (2). Nota: O fluído é gás, portanto, não pode ser caculada a vazão em volume. 3 1 1 0,12 20 utm m v m s ρ = = ( ) ( ) 2 2 1 2 2 ) v ? 1 0,8 a P kgf cm abs P kgf cm abs = = = 1 1 2 2 2 1P vv v g P k f×= ⇒ = 2cm 20 0,8 m s kgf × 2cm 2 25v m s⇒ = 1 1 1 1 1 3 ) 0,12 m m b Q Q v A utQ m m = ρ × = ρ × × = 20 m× 0,05m s π×× ( )2 34,71 10 4 m Q utm s−⇒ = × ( ) ( ) 1 2 3 3 1 1 1 1 1 2 3 3 2 2 2 1 1 ) ? 0,05 20 39,27 10 4 0,05 25 49,09 10 4 c Q mmQ v A Q Q m s s mmQ v A Q Q m s s − − = π×= × ⇒ = × ⇒ = × π×= × ⇒ = × ⇒ = × 1 2 1 2 A A t t ⇒ = ⇒ = 1 1 2 2 1 1 2 2 P v P v P vv P × = × ×= 1 1 2 2 Escoamento isotérmico Pv cte p v p v ⇒ = ∴ = 2 1 11 ) ?d Av ρ = ρ × × 2 22 v A= ρ × × 3 1 1 2 2 2 0,12 20utm v m v m×ρ ×⇒ ρ = ⇒ ρ = s 25 m s 3 2 3 2 2 2 2 2 2 2 0,096 4,71 10m m utm m ou Q utmQ v A v A s− ⇒ ρ = ×= ρ × × ⇒ ρ = ⇒ ρ =× 25m s ( ) 3 22 0,0960,05 4 utm m m ⇒ ρ =π×× Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.2 – Os reservatórios I e II da figura são cúbicos e enchidos pelos tubos respectivamente em 100 e 500 s. Determinar a velocidade da água na seção “A” indicada, sabendo – se que o diâmetro é 1 m. 3 10 10 10 1000 II II V m m m V m = × × = 3 5 5 5 125 I I V m m m V m = × × = entrada saída 3 3 3 3 3 125 1000 100 500 1,25 2 3,25 A I II I II A I II A A A Q Q Q Q Q V VQ t t m mQ s s m mQ s s Q m s = = + = +Δ Δ = + = + = 33,25A A Qv v A m= ⇒ = 20,7853m s 4,13v m s= ( )22 2 1 4 4 0,7853 A A A mDA A A m π×π×= ⇒ = = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.4 – Um propulsor a jato queima 0,1utm s de combustível quando o avião voa a velocidade de 200m s . Sendo dados: 30,12ar utm mρ = ; 30,05m utm mρ = , na seção (2); 2 1 0,3A m= e 22 0,2A m= . Determinar a velocidade dos gases queimados ( )mv na seção de saída. ( ) ( ) 1 3 2 1 1 3 3 2 2 1 1 1 2 2 20,1 200 m m mQ Q Q Q Q Q utmv A v A m s + = ×ρ + ×ρ = ×ρ × ×ρ + = × ×ρ 20,3 s m× 23 20,12 0,1 0,2mutm vsm utm⎛ ⎞× + = ×⎜ ⎟⎝ ⎠ 3 0,05 utm m × 1 2 2 7,2 0,1 0,01 7,3 utm utm utmv s s m v utm ⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ + = × = 0,01 s utm 2 730 m v m s= Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.7 – O tanque da figura pode ser enchido pela água que entra pela válvula A em 5h., pela que entra por B em 3h. e pode ser esvaziado (quando totalmente cheio) pela válvula C em 4h. (supondo vazão constante).Abrindo todas as válvulas (A,B,C,D) ao mesmo tempo o tanque matem-se totalmente cheio. Determinar a área da seção de D se o jato de água deve atingir o ponto O da figura. Dado: 210g m s= . 0 0 0 3 3 3 3 Lembrar: Pela equação da continuidade: 30 30 30 5 3 4 8,5 A B C D D D Q v A Q Q Q Q m m m Q h h h Q m h = × + + = + + = + = }0 0 0 0 movimento da gota: na horizantal: MRU na vertical: MRUV (queda livre) = ⇒ = + × ⇒ = + × D t D X x v t Y y v t 2 2 0 1 2 10 5 0 10 1 2 em "X": 10 0 1 10 − × = + − × ⇒ = = + × = + × = D f D D g t t t s X x v t v v m s 3 Assim: 8,5 D D D D D D D Q v A QA A m v = × = = 2 h 1h× 3600 s 10 m s 4 2 2 2,361 10 2,361 D D A m ou A cm −= × = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.8 – Sabendo-se que num conduto de seção circular o diagrama de velocidade é parabólico dado pela equação 2 máx 1 rv v R ⎡ ⎤⎛ ⎞= = −⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦ , onde v é uma velocidade genérica, máxv é a velocidade no eixo do conduto, r é um raio genérico e R é o raio do conduto. Calcular a velocidade média na seção (escoamento laminar). Sabe-se que: m 1v v dA A = × ∫ . ( ) 2 máx2 máx 1 1 1 2 2 r A A rv v dA v v r dr A R R vv ⎧ ⎫⎡ ⎤⎪ ⎪⎛ ⎞= × ⇒ = × − × π× × ⇒⎢ ⎥⎨ ⎬⎜ ⎟π× ⎝ ⎠⎢ ⎥⎪ ⎪⎣ = π ⎦⎩ ⎭ × ∫ ∫ π ( ) 2 2 máx 22 0 3 3máx máx 2 2 2 2 0 0 0 2 4 máx 2 2 0 0 21 1 2 2 1 2 2 4 R A R R R R R vr rr dr v r dr R R RR v vr drv r dr v r dr r dr R R R R v r rv R R ⎧ ⎫ ⎧ ⎫⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎛ ⎞ ⎛ ⎞× − × × ⇒ = × − × ⇒⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎨ ⎬ ⎨ ⎬⎜ ⎟ ⎜ ⎟× ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎩ ⎭ ⎩ ⎭ ⎡ ⎤⎛ ⎞⎛ ⎞×= × × − ⇒ = × × − × × ⇒⎢ ⎥⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤= × −⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ 2 2 má á 2 x 2 m x 2 2 4 2 R R v R v Rv v ⎛ ⎞⇒ = × − ⇒⎜ ⎟⎝ ⎠ = 2R× máx 4 2 vv⇒ = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.9 – Sabe-se que num conduto de seção circular o diagrama de velocidade é exponencial dado pela equação: 1 7 max 1 rv v R ⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎝ ⎠ , onde v é a velocidade genérica, maxv é a velocidade no eixo do conduto, r é um raio genérico, R é o raio do conduto. Calcular a velocidade média na seção (escoamento turbulento). Sabe-se que: 1 mv v dAA = ×∫ . 2 2 (ver exercício 4.8) (ver exercício 4.8) dA r dr A R = π× × = π× 1 7 max2 0 21 1 1 2 R rv v dA v v r dr v A R R ⎛ ⎞= × ⇒ = − × π× × ⇒ =⎜⎝ ⎠ π⎟π×∫ ∫ maxv×π ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 7 2 0 1 7 1 7max max 2 1 7 15 7 0 0 1 7max max 15 7 15 7 0 1 7 8 7 8 7 1 7 8 7 1 7 0 0 0 0 1 2 2 note: 2 2 7 R R R R R R R R R r r dr RR v vv R r r dr v R r r dr R R R R r t r R t dr dt v vv t R t dt v I R R I Rt t dt I t Rt dt I t dt R t dt tI −⎛ ⎞× × × ⇒⎜ ⎟× ⎝ ⎠ = × − × × ⇒ = × − × ×× − = = − = − = × × − × − ⇒ = × = − × − ⇒ = − × ⇒ = − ⇒ = ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ( ) ( )15 7 8 75 7 8 7 0 0 0 0 15 7 8 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 15 7 7 7 15 8 15 8 8 157 0 0 7 7 15 8 15 8 120 7 497 120 R RR R R r R rtR I R R R R R R RI R I I R RI I ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞ − −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟− ⇒ = × − ⇒⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤− += × − − − ⇒ = × − + ⇒ = × ⇒⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎣ ⎦ ⎡ ⎤= × ⇒ =⎢ ⎥⎣ ⎦ max 15 7 1 2 20 2vv I v R ⇒ = × ⇒ = 1 max 15 7 v R 15 749R× 120 max 60 49 60 vv⇒ = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.10 – No sistema da figura, sabe-se que na seção (1) de área 30 cm2 (circular), o escoamento é laminar. As velocidades dos pistões são indicadas na figura. Qual a vazão em kg/s no retorno, se 310.000N mγ = ? Dado: 210g m s= . max 1 1 1 1 1 2 2 6 30 2 vQ v A A cm sQ m = × ⇒ × = × 2 4 2 1 10 m cm × 3 3 1 1 9 10 9 Q m s ou Q l s −= × = 2 2 2 2 23 10 Q v A Q m s cm = × = × 2 4 2 1 10 m cm × 3 3 2 2 3 10 3 Q m s ou Q l s −= × = 3 3 3 3 22 20 Q v A Q m s cm = × = × 2 4 2 1 10 m cm × 3 3 3 3 4 10 4 Q m s ou Q l s −= × = 4 4 4 4 21 30 Q v A Q m s cm = × = × 2 4 2 1 10 m cm × 3 3 4 4 3 10 3 Q m s ou Q l s −= × = 310.000 MR R MR R MR Q Q Q Q NQ m g = ρ× γ= × = 210m s 1 3 35 10 m−× × s 5 5MR MR N s kgQ Q m m× ×= ⇒ = 2s 1 s× m 5MRQ kg s= entrada saída 1 2 3 4 3 3 9 3 4 3 5 5 10 R Q Q R R R Q Q Q Q Q Q Q l s ou Q m s− + = + + ∑ ∑ + = + + = = × 123 1442443 entrada saída 1 2 3 4 R Q Q Q Q Q Q Q+ = + + ∑ ∑ 123 1442443 Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.11 – No circuito hidráulico abaixo, que opera com óleo de peso específico 38000N m , há um vazamento. Determinar a despesa diária do óleo vazado, sabendo – se que seu custo é US$ 0,10/ kg. Dados: 2,5Av m s= ; 240AA cm= ; 2,1Bv m s= ; 245BA cm= ; 210g m s= . ( )1 . 1 1 49 turbulento 60 49 6 60 4,9 máxv v v m s v m s = × = × = 3 2 8000 10 8000 N m m mg g s kg γγ = ρ× ⇒ ρ = ⇒ ρ = × ρ = 23m s× 10 m 2s 3800kg m⇒ ρ = ( ) ( ) ( ) 1 . 1 1 . 1 1 1 . 4 2 4 2 4 2 .3 3 3 . 4,9 40 10 800 2,5 40 10 800 2,1 45 10 800 15,68 8 7,56 m mA mB m vaz A A B B m vaz A A A B B B m vaz m vaz m vaz Q Q Q Q Q Q Q Q v A v A v A Q m kg m kg m kgm m m Q s m s m s m kg kg kg Q s s s Q − − − = + + ×ρ = ×ρ + ×ρ + × ×ρ = × ×ρ + × ×ρ + ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞× × × = × × × + × × × +⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ = + + . 0,12 Despesa 0,12 m vaz kg g s k = = s $0,10US kg × 3600 s× 1h 24 h× dia Despesa 1036,8 $ diaUS= Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.12 – Determinar o tipo de escoamento na seção (3). Dados: 1Re 5714= ; 2Re 8929= ; 5 28,4 10 m sυ −= × . Obs: Re HD vυ ×= e 4 4H H AD R p= × = . Onde: raio hidráulico seção transversal molhada perímetro da seção em contato com o fluído HR A p = = = ( ) ( ) 1 1 1 1 1 1 1 SEÇÃO RETANGULAR 0,2 0 2 ,3 1 0,2 0,3 1 Re 4 4 2 2 2 200 300 200 300 0,12 H H H m m H m m H v D A a bD p a b ab D a b mm mm D mm m D m m υ ×= ×= × = × × + ×= + ⎛ ⎞⎜ ⎟× ×⎜ ⎟⎝ ⎠= + = 1442443 64748 64748 64748 64748 1 0,5m 1 1 1 1 1 1 2 1 5 1 0,24 ReRe 5714 8,4 10 H H H D m v D v D v m υ υ − = × ×= ⇒ = × ×= 1 0,24 s m 1 1 1 1 1 0,2 0,3 1 1 3 1 1 3 1 1,99 2,0 1,99 200 300 1,19 10 1,2 10 m m v m s v m s Q v A mQ mm mm s Q m s Q m s − − = ⇒ ≅ = × ⎛ ⎞⎜ ⎟= × ×⎜ ⎟⎝ ⎠ = × ≅ × 64748 64748 ( ) 2 2 2 21 2 1 2 2 Re 4 4 4 4 H H H vD DAD p D D υ ×= π×= × = × π× = × π 2D× ( )2 4 1× π 2D× 2 2 SEÇÃO CIRCULAR 2 2 2 2 2 2 2 5 2 2 250 0,25 Re Re 8929 8,4 10 H H H H H D D D mm D m v D v D v m υ υ − = = = ×= ×= × ×= 14243 1 0,25 s m ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 3 2 3,00 3,00 4 0,25 3,00 4 1,47 10 v m s Q v A DmQ s mmQ s Q m s− = = × π×= × π×= × ≅ × ( ) 3 1 2 3 1 3 1 3 3 3 3 3 3 1 3 3 3 3 0,55 0,55 1 3 3 Equação da continuidade (fluído incompressível) 1,2 1,47 10 2,67 10 Re ? Re 2,67 10 550 550 2,67 10 H m m Q Q Q mQ s Q m s D v Q m sv A mm m mm v υ − − − − = + = + × = × = ×= ×= = × ×= 14243 14243 1 20,3025m s 3 3 3 3 0,883 44H v m s AD p = = × = x× l l 4 × l 3 SEÇÃO QUADRADA 3 3 3 3 3 0,55 Re 0,55Re H H H D D m D v m υ = = ×= = l14243 0,883 m× s 5 28,4 10 m−× s 3Re 5781,6 turbulento = ∴ Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.13 – Com o registro “R” inicialmente fechado, o nível do reservatório apresenta uma variação 10h cmΔ = num intervalo de tempo de 10s . A partir deste instante, o registro é aberto, permanecendo constante o nível do reservatório. Pede-se: a) O diâmetro da seção transversal do tubo que abastece o tanque, sabendo-se que na mesma a velocidade máxima é 4m s e o escoamento é turbulento; b) Após o nível constante, qual o alcance “X” do jato; c) Regime de escoamento no tubo de saída dado 6 210 m sυ −= ; d) Diâmetro do tubo se o regime for laminar. 2 2 ) ? 4 4 4 t t t a Dt Q v A DQ v Q v D QD v = = × π×= × = × π× = × π ( ) 1 2 3 7 3 1 49 turbulento 60 49 4 60 3,267 0,10 0,641 10 0,00641 4 4 0,00641 m máx m máx m m tq t t rv v R v v v m s m s h AVQ t t m mQ s Q m m s QD v D ν ⎛ ⎞= − ∴⎜ ⎟⎝ ⎠ = × = × = Δ ×= = ×= = = × π ×= 2 s 3,267 m s 0,05 5t tD m ou D cm × π ≅ ≅ ( ) 2 3 3 2 ) ? 4 0,00641 0,00641 0,025 4 Q Qb X Q v A v v A D m sv v m m = = × ⇒ = ⇒ = π× = ⇒ =π× 1 4 24,909 10 m s −× 2 0 13,058 na vertical: 1 2 0 1,25 v m s Y y t g t m t ν ν ⇒ = = + × − × = + ×{ 0 2 2 0 2 1 10 2 0 1,25 5 1,25 t m t s t mt = − × × = − = 5 m 2 0,5t s s ⇒ = 0 na horizontal: 0 13,058 X x t mX s ν= + × = + 0,5 s× 6,529X m= 6 2 ) Regime ? 0,025 13,06Re 10 Re 32.6500 Re 4000 regime turbulento c D D m m s m s ν ν υ − = × ×ρ × ×= = =μ = ∴ > ⇒ ( ) ( )2 2 2 2 2 ) Regime laminar Re 2000 ReRe .1 Laminar Re 2000 4 .2 4 Substituindo 2 em 1: Re Re Re44 4 d D v D eq v D QQ v A Q D v v eq D DD D QQ Q D υ υ υ υ υ ≤ × ×= ⇒ = ≤ π×= × ⇒ = × ⇒ = π× × × × π× × × π×= ⇒ = ⇒ = π× 1 D 34 4 0,00641 Re mQD υ ×= =× π× 1 s 262000 10 m−× π× s 4,08D m⇒ = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.14 – Dados: fluídos ideais. Seção (1): 21 10A cm= ; 31 10kN mγ = Seção (2): 22 20A cm= ; 2 0,25v m s= ; 2 ? (S.I.)ρ = Seção (3): 23 30A cm= ; 33 9,5kN mγ = ; 3 ? (S.I.)mQ = . ( ) 1 2 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 2 1 3 3 1 2 2 2 4 2 2 3 3 2 3 1 2 3 3 3 Equação da continuidade (fluído ideal) Q escoamento laminar 2 2 1 2 1 10 10 1,0 10 0,25 20 10 0,5 10 1 10 0,5 10 máx Q Q Q v A vv m sv v m s Q v A mQ m s Q m s Q v A mQ m s Q m s Q Q Q mQ s − − − − − + = = × = = ⇒ = = × = × × = × = × = × × = × = + = × + × 3 3 3 3 3 1,5 10 m s Q m s − −= × 3 3 3 3 3 3 2 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 3 9,5 10 9500 10 950 1,5 10 m m g g kN m m s N m m s kg Q Q m m Q − γ = ρ × γρ = ρ = ρ = ρ = = ×ρ = × 3 950 kg s m × 3 1 1 3 1 3 1 2 3 1 2 3 1 1,425 10 10 10.000 10 1000 mQ kg s g g kN m m s N m m s kg m = γ = ρ × γρ = ρ = ρ = ρ = 1 2 3 1 1 3 3 1 1 1,0 10 m m m m m Q Q Q Q Q mQ − + = = ×ρ = × 3 1000 kg s m × 1 3 3 2 2 3 2 3 1 3 3 2 2 1,0 0,5 10 1,425 0,5 10 1,425 1,0 0,425 m m m m m m Q kg s mQ s Q kg s Q Q Q m kg kg s s s k sg − − = = × ×ρ = = − × ×ρ = − ρ = 3 30,5 10 sm−× 3 2 850kg mρ = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.15 – O tanque maior da figura abaixo permanece a nível constante. O escoamento na calha tem uma seção constante transversal quadrada e é bidimensional obedecendo a equação 23v y= . Sabendo que o tanque “B” tem 31m e é totalmente preenchido em 5 segundos e o conduto circular tem 30 cm de diâmetro, pede-se: a) Qual a velocidade média na calha quadrada? b) Qual a vazão no conduto circular de 30 cm de diâmetro? c) Qual a velocidade máxima na seção do conduto circular de 30 cm de diâmetro? d) Qual o tipo de escoamento no conduto circular de 30 cm de diâmetro? ( ) ( ) 2 2 13 0 3 3 ) da calha quadrada 1 1 3 1 1 1 3 1 3 3 3 1 3 0 3 3 1 média calha calha calha calha calha calha a v v v dA A v y dy v y dy yv v v m s = × = ×× = × = ⎡ ⎤ ⎡ ⎤= ⎢ ⎥ − ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ = ∫ ∫ ∫ 30 30 3 3 2 3 30 30 3 3 30 30 ) ? Equação da continuidade (fluído incompressível) Q 1 5 0,2 1 1 1 Q Q Q 1 0,2 Q 0,8 cm calha cm B B B B B calha calha calha calha calha calha cm B cm calha B cm cm b Q Q Q V mQ t s Q m s Q v A mQ m s Q m s Q Q Q Q m m s s m φ φ φ φ φ φ = = + = = = = × = × = = + = − = − = 3 s ( ) 30 30 30 30 30 30 3 30 2 2 30 3 3 30 ) no conduto 30 0,3 15 0,15 Q Q 0,8 0,8 0,15 0,8 média cm cm cm cm cm cm cm cm cm c v cm m r cm m v A v A m sv r m m sv m v φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ = = = = = × = = π× = π× = 1 20,0225 s mπ× 30 11,32cmv m sφ = ) Tipo de escoamento 0,30 Re d D m v υ ×= = 11,32 m× s 2610 m− s 6 3,396Re Re 3.396.000 10 Re 4000 turbulento −= ⇒ = ∴ > ⇒ Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.16 – No sistema da figura a água é descarregada do cilindro e percorre uma distância 19,8a m= , caindo de uma altura 20,5b m= . Durante o processo que dura 6,0min. , no tanque A que tem 20,5m de base, o nível de água sofre um desvio de ( )27cm hΔ . Calcular: a) Velocidade da água na saída do cilindro 3v ; b) Velocidade do pistão vp e o sentido do seu movimento. Dados: 330 ; 1Dp cm D cm= = . 2 4 30,27 0,5 3,75 10 360 baseh AV m mQ Q m s t t s −Δ × ×= = = ⇒= × 3 2 0 ) ? Queda Livre na vertical: 1 2 0 20,5 a v b b v t g t v t = = + × − × = + ×{ 0 2 0 2 1 10 2 0 20,5 5 20,5 2,024 5 t t t t t s = − × × = − = ⇒ = 2 27 0,27 0,5 h cm m base m Δ = = = 3 30 0,3 1 0,01 Dp cm m D cm m = = = = 6,0min 360s= 0 3 na horizontal 19,8 0 2,02 19,8 2,024 9,78 a a v t v v v v m s = + × = + × = = = ( )2 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 3 4 3 ) ? 0,01 9,78 4 7,681 10 : 3,75 10 7,681 10 3,931 10 pistão descendo vp 3,931 10 p p p p p p p p p b vp mmQ v A Q s Q m s Logo Q Q Q Q Q Q Q Q Q m mQ s s Q m s Q Q A vp m A vp − − − − − = π×= × ⇒ = × = × = + ⇒ = − = − = × − × = − × ⇒ = × ⇒ = − ×= 1 0,3 s mπ× ( )2 0,00556 4 vp m s⇒ = − Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.17 – Dois gases de massas específicas diferentes 31,2A kg mρ = e 30,95B kg mρ = encontram-se em um cilindro onde formam uma mistura homogênea. O pistão de diâmetro 18,5PD cm= se movimenta para baixo com velocidade de 1,6cm s e a mistura resultante sai do cilindro com velocidade 12,5Cv m s= . Calcular: a) Velocidade Bv ; b) Massa específica da mistura de gases. Dados: 25Av m s= ; 1,5AD cm= ; 16,5mBQ kg h= ; 2,5BD cm= ; 2,0CD cm= ( ) ( ) ( ) ( )2 3 Equação da continuidade (fluído compresível) 1,2 25 16,5 4 mA mB mP mC A A A mB P P P C C C A Q Q Q Q v A Q v A v A Dk m h g kg m s + + = ρ × × + + ρ × × = ρ × × ⎛ ⎞π×⎜ ⎟× × +⎜ ⎟⎝ ⎠ 1h× ( ) ( ) 2 2 2 0,016 12,5 3600 4 4 30 P C C C D Dm m s s s kg m ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ π× π×⎜ ⎟ ⎜ ⎟+ ρ × × = ρ × ×⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 0,015 s mπ××× ( ) ( ) ( )2 2 23 3 3 3 3 4 3 3 3 0,185 0,02 4,58 10 0,016 12,5 4 4 4 5,30 10 4,58 10 4,30 10 3,93 10 3,93 10 4,30 C C C C C C m mkg m m s s s kg kg m m s s s s m s − − − − − − ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞π× π×⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟+ × + ρ × × = ρ × ×⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞× + × + ρ × × = ρ × ×⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎛ ⎞ρ × × − ρ × ×⎜ ⎟⎝ ⎠ 3 4 3 3 3 3 3 10 9,88 10 3,5 10 9,88 10 9,88 10 C C m kg s s m kg s s kg s − − − − − ⎛ ⎞ = ×⎜ ⎟⎝ ⎠ ρ × × = × ×ρ = 3 33,5 10 sm−× 32,82C kg m⇒ ρ = ) ? 16,5 B B B B mB B B mB B B B a v Q v A Q Q QQ k Q g = = × = ×ρ = ρ = 0,95 h kg 3 3 3 3 17,37 4,82 10 B B m Q m h ou Q m s− = = × ( ) ( ) 3 3 2 3 3 2 4,82 10 4 4,82 10 0,025 4 9,82 B B B B m sv D m sv m v m s − − ×= π× ×= π× = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.18 – Sabendo –se que a seção transversal (I) é quadrada e que 20Iv m s= , determinar o valor do lado dessa seção, assim como o tipo de escoamento na mesma, considerando 210g m s= e 6 210 m sυ −= . O jato que sai da seção circular (II), de diâmetro 10cm , chega ao ponto “O” marcado na figura e o jato que sai da tubulação (III) enche o reservatório de dimensões conhecidas em 100 segundos. Dados: 0 45y m= ; ( )0 6x m= π ; 20,15BaseA m= ; 2H m= . ( ) ( ) 2 3 3 3 2 2 0 0,15 2 0,3 0,3 100 0,003 4 0,1 4 na horizontal 6 0 6 III III III III Base III III III III II II II II II II II II II VQ t V A H V m m V m mQ s Q m s Q v A D A m A x x v t v t v t = = × = × = = = = × π×= π×= = + × π = + × π= 2 0 0 0 na vertical 1 2 45 0 II II y y v t gt m v t = + × + = + × 0 0 2 2 1 2 1 2 4545 2 9 3 6 6 3 2 2 t II II II gt mgt m t g t t s v t s v m s Q = + ×= ⇒ = = ⇒ = π π= = = π π= 678 m s × π ( ) 2 3 3 0,1 4 0,005 Equação da continuidade (fluído incompressível) 0,005 0,003 0,008 II I II III I I m Q m s Q Q Q Q Q m s × = = + = + = 30,008 I I I I I I Q v A QA v m = × = = 2 s 20 m s 2 2 2 3 3 0,0004 0,0004 0, 4 02 Re 4 I I I H I H H A m A A m m D v AD p D υ = = ⇒ = = = ×= = × = l l l l x× l l 4 × l seção quadrada 0,02Re H m D = = l123 20 m× s 2610 m− s Re 400.000 escoamento turbulento = ∴ Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.19 – O escoamento na seção A é turbulento. Após a seção A o fluído abastece 3 reservatórios como é mostrado na figura. A velocidade no eixo da seção A é conhecida. Os reservatórios I, II, e III são abastecidos respectivamente pelos tubos B, C e D. O reservatório I é abastecido em 100 segundos. O reservatório II é abastecido em 500 segundos, sendo o escoamento no tubo C laminar. O reservatório II é cúbico de aresta 4m. Determinar: a) A vazão em volume na seção A; b) A vazão em massa no tubo C; c) A velocidade do fluxo no eixo do tubo C; d) A vazão em volume no tubo D Dados: 39000N mγ = ; 210g m s= ; A 30 4,9eixov m s= ; ( )100 2AD cm= π ; 800CD cm= π . ) 49 60 49 A A A A máx A a Q v A v v v = × = × = 10 60 2 30× 1 4,9 ( ) ( )( ) 1 2 2 5 4 100 2 4 A A A A A m s v m s D A cm A A = π×= π× π = = π 410 2× × π( ) 2 2 4 5000A cm A cm= 2 4 2 1 10 m cm × 2 2 3 0,5 5 0,5 2,5 A A A A A A A m Q v A Q m s m Q m s = = × = × = 3 1,6 mC C mC C mC Q Q Q Q g Q m = ×ρ γ= × = 39000 s N m× 210m s ( ) ( )2 2 1440 ) ? laminar 2 2 4 800 4 mC máx máx c máx C C C C C C C C N s KgQ m s c v vv v v Qv A D A cm A A × ⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠ = = = × = π×= ⎛ ⎞π× ⎜ ⎟π⎝ ⎠= = π 464 10×× π 4 2 2 4 16 10C cm mA c= × 2 4 2 1 10 m cm × 216CA m=3 ) ? 4 8 25 500 1,6 mC mC C C C C C C b Q Q Q VQ t m m mQ s Q m s = = ×ρ = × ×= = 31,6 C C C C Qv A v m = = 1 216 s m 3 3 0,1 2 2 0,1 0,2 ) ? 4 4 5 100 0,8 2,5 0,8 1,6 0,1 C máx C máx máx D B B B B B A B C D D A B C D D v m s v v v m s v m s d Q VQ t m m mQ s Q m s Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q m s = = × = × = = = × ×= = = + + = − − = − − = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.20 – No tanque 2 que fica cheio em 60min. , será feita uma diluição de suco concentrado, com água. Considerando que o tanque 1 tem nível constante, calcule a vazão de água no vazamento indicado na figura. Dados: tanque 2 12.000V litros= ; Suco: 1,5mSQ kg s= ; 31.200S kg mρ = Água: 38Q m h= ; 310BQ m h= ; 2 31.000H O kg mρ = 1,5 mS S mS mS S mS S Q Q Q kg Q Q = ×ρ = ρ = s 3600 s× 1 1.200 h kg 3 3 2 2 2 2 4,5 12.000 S Tq Tq Tq Tq m Q m h V Q t Q L = = = 31 1000 m L ×60min. 60 n 1 mi . h× 3 2 12TqQ m h= 2 2 2 2 Tq2 2 3 3 3 A A 3 3 3 Equação da continuidade (fluído incompressível) Q 12 4,5 7,5 para nível constante Q Q 10 8 2 H O S H O Tq S H O H O reciclo Bomba reciclo Bomba reciclo reciclo Q Q Q Q Q m mQ h h Q m h Q Q Q Q m mQ h h Q m h = + = − = − = + = = − = − = 2 2 3 3 3 3 3 3 Se 2 e 10 , então concluímos que: 8 se 8 e 7,5 concluímos que: vazamento vazamento 0,5 reciclo Bomba Bomba reciclo H O H O Q m h Q m h Q Q Q Q m h Q m h Q m h Q Q m h = = = − = = = = − = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.21 – A figura apresenta dois tubos concêntricos de raios 1 3R cm= e 2 4R cm= , dentro dos quais passa óleo em sentidos contrários. O fluxo do tubo interno obedece a equação: 2 0 1 rv v R ⎡ ⎤⎛ ⎞= × −⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦ . Esse fluxo divide-se em 2Q , 3Q e no fluxo de retorno RQ , no tubo maior. O peso específico do óleo é 3800kgf m e a leitura da balança é 14,4kgf em 60 segundos. O pistão desloca-se com uma velocidade de 3,8cm s e tem uma área de 278,5cm . A velocidade no eixo do tubo de entrada é 0 2,3v m s= . Pede-se determinar: a) A vazão 1Q em litros por segundo, no tubo interno; b) A vazão RQ de retorno; c) A velocidade média no tubo de retorno. ( ) ( ) 1 2 1 1 1 1 1 3 1 3 1 2 Vazão em litros por segundo 1,15 1,15 0,03 3,25 10 a Q mQ v A Q R s s m mQ m Q − ⎡ ⎤= × ⇒ = × π×⎣ ⎦ ⎡ ⎤= × π×⎣ ⎦ = × 3 1000 1 L s m × 1 3,25 LQ s⇒ = Velocidade de retorno 2,65 R R R R R R R c QQ v A v v L A = × ⇒ = ⇒ = 31 s m× 1 1000L 3 22,199 10 m−× 1,205Rv m s⇒ ≅ 2 0 0 1 Escoamento Laminar 1 2 3 vrv v cR m v R ⎡ ⎤⎛ ⎞= × − ⇒ ∴ ⇒ =⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦ = 1 100 m m c × 1 2 0,03 4 R m R cm ⇒ = = 1 100 m m c × 2 0,04 3,8 p R m mv c ⇒ = = 1 100 m m s c × ( ) ( ) ( ) ( ) 1 3 0 óleo 1 1 2 22 2 1 2 2 3 2 0,038 2,3 800 2,3 1,15 2 0,04 0,03 2,199 10 R p R R R R v m s v m s kgf m m sv v m s A R A R R A A m− ⇒ = = γ = = ⇒ = ⎡ ⎤= π×Δ ⇒ = π× −⎣ ⎦ ⎡ ⎤= π× − ⇒ = ×⎣ ⎦ 2 2 2 2 2 2 2 Vazão de retorno 14,4 0,24 60 0,24 R G G G G b Q G kgfQ Q kgf s t s Q Q Q Q Q kgf = = ⇒ = = γ × ⇒ = ⇒ =γ s kgf800 3 2 3 0,0003 m Q m= 3 1000 1 L s m × 3 3 2 2 3 3 0,3 0,038 0,00785 0,0003 p p Q L s mQ v A Q m s Q m ⇒ = = × ⇒ = × ≅ 3 1000 1 L s m × 3 1 2 3 0,3 3,25 0,3 0,3 2,65 R R R Q L s Q Q Q Q Q Q L s ⇒ ≅ = + + = + + ⇒ = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 4.22 – Na figura abaixo, determinar se o pistão sobe ou desce e com que velocidade? Dados: 1 8D cm= ; 1 3v m s= 2 20Q L s= ; 3 5v m s= 2 3 20A cm= ; 2. 50pistA cm= . entrada Equação da continuidade (fluído incompressível) Q saídaQ∑ = ∑ 3 3 3 3 2 3 2 3 3 5 2 10 1 10 Q v A mQ m s Q m s − − = × = × × = × 2 20Q L= 31 1000 m Ls × 2 3 2 2 10Q m s −= × ( ) ( ) 1 1 1 2 1 1 2 1 2 3 1 3 4 0,08 3 4 1,51 10 Q v A DmQ s mmQ s Q m s− = × π×= π×= × = × entrada 2 3 2 3 2 3 2 4 Note que Q , logo se a saída (1) + saída (3) 2,51 10 , e a entrada (2) 2 10 ,então conclui-se que: ,obrigatoriamente têm que ser 2,51 10 , portanto, o pistão está subindo saídaQ m s m s Q Q m s − − − ∑ = ∑ = × = × + = × . 2 4 1 3 4 1 3 2 3 3 3 2 2 2 4 2 3 4 1,51 10 1 10 2 10 0,51 10 Q Q Q Q Q Q Q Q m m mQ s s s Q m s − − − − + = + = + − = × + × − × = × 4 4 3 4 4 4 . 2 4 0,51 10 pist Q v A Qv m A v − = × = ×= 1 2450 10 m s −× 4 1,02v m s= Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com Extra 1 – De acordo com a figura são dados: 1 2 150 ; 25 ; 1 ;mD mm D mm V m s= = = 2 3 2 6 21000 ; 10 ; 10H O kgf m g m s m sυ −γ = = = . Determinar: 2 ; ; ;m Gv Q Q mQ e qual o tipo de escoamento entre (1) e (2). 1 1 1 1 1 6 2 1 ) Regime ? 0,05 1Re 10 Re 50.000 Re 4000 Re regime turbulento m m e D D m m s m s ν ν υ − = × ×ρ × ×= = =μ = ∴ > = 1 2 2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 Equação da Continuidade (fluído incompressível) ) ?m m m m m m m Q Q Q Q v A a v v v Av A v A v v A ⇒ = = = × = ××× = × ⇒ = ⇒ = π ( )21 4 D× π ( )22 4 D× ( ) ( ) ( ) ( ) 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 50 1 2500 25 m m m m v D v D m s mm m sv v mm mm ×⇒ = × ×= ⇒ = 2625mm 2 4mv m s⇒ = ( ) ( )2 21 3 3 1 1 1 ) ? 0,05 1 1,96 10 4 4 1,96 m m b Q D m Q v A Q v Q m s Q m s ou Q L s − = π× π×= × ⇒ = × ⇒ = × ⇒ = × = 3 ) ?G G G c Q kgfQ m Q Q = = γ × ⇒ =1000 3 3 1,96 10 m−× × 1,96GQ kgf ss ⇒ = ) ? 1,96 m G G m m m d Q Q kgfQ Q g Q Q s g = = × ⇒ = ⇒ = 210m s 1 0,196mQ kgf s m⇒ = × 2 2 2 2 2 6 2 2 2 0,025 4Re 10 Re 100.000 Re 4000 Re regime turbulento m mD D m m s m s ν ν υ − × ×ρ × ×= = =μ = ∴ > = Elementos e Mecânica dos Fluídos Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com Extra 2 - De acordo com a figura são dados: 2 21 2 120 ; 10 ; 75 ;mA cm A cm V m s= = = 3 3 1 21,2 ; 0,9kg m kg mρ = ρ = . Determinar: 2 1 2; ;mv Q Q e mQ . 1 2 1 1 2 2 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 Equação da Continuidade (fluído compressível) ) ? 1,2 m m m m m m m m m m Q Q Q Q Q Q Q v A v A a v v Av v A kg ⇒ = = = ρ× ρ × = ρ × ⇒ ρ × × = ρ × × = ρ × ×= ⇒ =ρ × 3m 275 20m s cm× × 0,9 kg 3m 210 cm× 2 200mv m s⇒ = 1 4 2 3 1 1 1 1 1 2 4 2 3 2 2 2 2 2 1 1 1 31 ) ? 75 20 10 0,15 ) ? 200 10 10 0,20 ) ? 1,2 m m m b Q mQ v A Q m Q m s s c Q mQ v A Q m Q m s s d Q kgQ Q Q m − − = = × ⇒ = × × ⇒ = = = × ⇒ = × × ⇒ = = = ρ × ⇒ = 3 0,15 m× 1 2 2 2 32 0,18 0,9 m m m Q kg s s ou kgQ Q Q m ⇒ = = ρ × ⇒ = 3 0,20 m× 2 1 2 0,18 0,18 m m m m Q kg s s Q Q Q kg s ⇒ = = = = Capítulo 7 ESCOAMENTO PERMANENTE DE FLUIDO INCOMPRESSÍVEL EM CONDUTOS FORÇADOS No Capítulo 4 apresentou-se a equação da energia com essas hipóteses, resultando: : 2,1p2M1 HHHH +=+ Essa equação permite determinar ao longo do escoamento alguma das variáveis que contém, isto é: HM, v, p ou z. Entretanto, esta tarefa somente será viável se for conhecida a perda de carga 2,1pH ao longo do escoamento. Este capítulo dedica-se, fundamentalmente, ao estudo desse termo para condutos forçados, estabelecendo as bases do cálculo de instalações hidráulicas. A definição das linhas da energia e piezométrica estabelece uma maneira interessante de visualização do andamento da energia e da pressão ao longodo escoamento, que pode facilitar a solução de problemas voltados à solução de instalações. Exercício 7.1 1,0 1,0 f1 1 2 11 0 0 2 00 p10 hz p g2 v z p g2 v HHH ++γ+ α=+γ+ α += Como se trata de um gás, a diferença de cotas pode ser desprezada desde que esta não seja muito grande. Considerando a mina como um reservatório de grandes dimensões, v0 ≅ 0 e, na escala efetiva p1 = 0, obtêm-se: H 1 H 1 p22 H 2 110 D Lf pg2 v D Lfg2 v g2 v D Lf g2 vp +α γ= +α =→+α=γ γ Como f = f(Re) e Re = f(v), o problema deverá ser resolvido por tentativas. .diantepor assimefeRvfseadotaffse,resolvidoestáffSe fRevfseAdota ′′→′→′→′−→′≠=′ ′→→→− Uma forma de obter rapidamente o resultado, consiste em adotar o f correspondente à parte horizontal da curva de k DH calculado para o problema. Observa-se que se o Re for relativamente grande, o f estará nessa parte da curva, o que evitará novas tentativas. m6,0 6,04 6,06,04A4D Pa000.22,0000.10hp H OHOH0 22 =× ××=σ= =×=γ= Logo: f3,8331 150.3 6,0 500f1 7,12 000.220 v +=+ × = 023,0fseadotaRouseMoodydo600 10 6,0 k D :Como 3 H =−−→== − 5 5 H 105,7 10 6,04,12vDReseverificae s m4,12 023,03,8331 150.3v ×=×=ν=−=×+= − Ao observar o Moody-Rouse nota-se que o Re é suficientemente alto para que se possa adotar o f correspondente à parte horizontal da curva de DH/k (escoamento hidraulicamente rugoso). Nesse caso, confirma-se o f e, conseqüentemente, o valor da velocidade. Assim: s m5,46,06,04,12vAQ 3 =××== Exercício 7.2 m3 20 24,41 03,0 202,01 g2 v D L D L f1h g2 vk g2 v D L f g2 vhzHHH m105,1 000.2 03,0 000.2 D k000.2 k D :RouseMoody 02,0f 1027,1 10 03,024,4vDRe m3,137,1125hm7,11 20 24,45 03,0 1202,0H s m24,4 03,0 1034 D Q4v g2 vk D LfH m25 10310 1075,0 Q NHQHN HHhzz HHHH 22 H 2,1 H 2,1 0 2 1s 2 H 2,1 2 002,0p20 5HH 5 6 2 7,0p 2 3 2 2 s H 7,0p 34 3 BB 7,0pB01 7,0p7B0 =×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +×+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++= ++==⇒+= ×===⇒=− ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ = ×=×=ν= =−=Δ⇒=×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +×= =×π ××=π= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ += =×× ×=γ=⇒γ= −=Δ=− +=+ −− − − ∑ Exercício 7.3 a) Obviamente a máquina é uma bomba, pois .pp entradasaída > γ −=→=+ esBsBe ppHHHH ( ) m2,25 000.10 1052,2H Pa1052,2101036,12ppp22p 5 B 545 essO2HHge =×= ×=−××=−→=×γ−×γ+ ( ) 04,0 2238 2,191,020 Lv hgD2 f g2 v D Lfh m2,1962,25hHh m6 20 25,35,132102h s m2 1,0 10164 D Q4v g2 vkhehhH HHHHHH)b 22 fH 2 H f spf 2 s 2 3 2 2 sssfp pBp8B0 8,0 8,0 8,08,0 = × ××==→= =−=−= =+×++×= = ×π ××= π = =+= =→+=+ ∑ ∑ ∑∑∑ − Exercício 7.4 kPa5,15Pa1055,1pm55,1 20 45,15,1 06,0 2054,015,05,2 p g2 vk D L f1zz p g2 vk g2 v D L fz p g2 v zHHH)b s L1,4 s m101,4 4 06,045,1 4 DvQ fdevaloroconfirmaqueo107,8 10 06,045,1vDRe:oVerificaçã s m45,1 5,15 06,0 4054,0 220v 054,0f:seadotaRouseMoodydo40 15,0 6 k DCom k D Lf gH2 v g2 vk D LfH m2HH5,05,2HHH)a 4 A 2 A 2A 1 s A,1 A0 A A 1 2 s 2 A,1 A A 2 A 0A,0pA0 3 3 22 4 6 s 8,0p 2 s8,0p 8,0p8,0p8,0p80 =×=⇒=×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +×+−−=γ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++−−=γ +++γ+=⇒+= =×=×π×=π= ×=×=ν= = +× ×= =−−→== + =⇒⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += =⇒+=⇒+= ∑ ∑ ∑∑ − − Exercício 7.5 4,0 4,0 p4 4 B p4B0 Hz p H HHHH)a ++γ= +=+ m6,174 10 102424z p HH m24 101010 1038,0 Q N H QH N 4 3 4 4 Bp 34 3 BB B B B B 4,0 =−×−=−γ−= = ×× ××=γ η=→η γ= − ( ) 01,0 1,510 6,205,0102 vL gDh2 f g2 v D L fh m6,2156,17h m15 20 1,55,11 g2 vkkkh s m1,5 05,0 10104 D Q4v g2 vkh hHhhh2,1H)b 22 3,1 f23,1 f f 22 ssss 2 3 2 2 ss spf 3 1 s3,1fp 3,1 3,1 3,1 321 4,04,0 = × ×××==→= =−= =×=++= = ×π ××= π = = −=→+= ∑ ∑∑ ∑∑ − c) Como os dois tubos têm o mesmo diâmetro e material e o fluido é o mesmo, tem-se o mesmo f. m9,29 20 1,53 05,0 10001,0H g2 vk D L fhhH 2 p 29 5 s 9,59 5 sfp 10,4 9,510,4 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +×= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +=+= ∑∑ kW1,5 1000 19,05,56101010QHN m5,569,2984 10 1024H HHz p HHHH)d 34 TTT 4 3 T pT4 4 p10T4 10,4 10,4 =×××××=ηγ= =−+×= =−+γ +=− − A vazão é considerada a mesma, pois para p4 = cte, é necessário que o nível se mantenha constante. ( ) m5,72551210 01,0 05,0k f DL g2 vk g2 v D L fh)e seq 2 s 2eq feq =×+×+== == ∑∑ Exercício 7.6 15,9 6,0 1 1,11 1,61 H H Q Q HQ HQ NN m61160HHHHH m1,119,012HHHHH BTT B B T TTT B BB TB Bj,fpjBf Td,apdTa =×=ηη=⇒ηγ=η γ⇒= =+=⇒+=+ =−=⇒+=− Exercício 7.7 Como no resto do circuito a perda de carga é desprezível: s m01,0 13510 101875,0 H N Q QH N m135HH 3 4 3 B BB B B B pB A,C = × ××=γ η=→η γ= == A velocidade média no trecho CA será: ( ) ( ) s m44,3 1091,2 01,0v m1091,2015,0281,0 4 d28D 44 d28 4 DA A Qv 3 232222 22 = × = ×=×−π=−π=π−π= = − − Imaginando um tubo equivalente de C até A: ( ) m108,2 25 101,7 25 D k25 k D RouseMoodyDo 1044,2 10 101,744,3vDRe 0675,0 44,324 135101,720f vL hgD2 f g2 v D Lfh m101,7 015,0281,0 1091,24 d28D A4A4D 3 3 HH 5 7 3 H 3 2 A,C fH 2 H f 3 3 H −− − − − −− ×=×==→=− ×=××=ν= =× ×××=→=→= ×=×+π ××=π+π=σ= Exercício 7.8 5,0p50 HHH += m1,11 20 83,23,12 15,0 90024,01Hz s m83,2 15,0 10504 D Q4v s L47 s m107,4 4 15,07,2 4 DvQ foconfirmand108,3 1005,1 15,07,2vDRe:oVerificaçã s m7,2 3,12 15,0 90024,01 1020v 024,0fseadotaRouseMoodydo579 109,25 15,0 k D k D Lf1 gz2 v g2 vk D Lf1z g2 vk g2 v D Lf g2 v z 2 0 2 3 2 3 2 22 5 6 3 s 0 2 s0 2 s 22 5 0 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +×+==′ =×π ××=π ′=′ =×=×π×=π= ×=× ×=ν= = ++ ×= =−−→=×= ++ =⇒⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++=⇒++= − − − − ∑∑∑ Exercício 7.9 2,1 fH f 2 H f 4 3 2 1 f f2 2 2 22 1 1 2 11 p21 fL hgD2 v .vcasono,iávelvaroutraobterse pararessãoexpautilizarsepodeconhecidoéhsee g2 v D Lfh,mas m23 10 1050z p h hz p g2 v z p g2 v HHH 2,1 2,12,1 2,1 2,1 2,1 = −= =−×=−γ= ++γ+ α=+γ+ α += Observa-se que não se tem f , de modo que não é possível calcular v, bem como Re e, conseqüentemente, não se pode obter f do Moody-Rouse. Este exemplo é do tipo: temos hf, queremos Q. Nesse caso pode-se calcular fRe . 2,1 fHH 2 2,1 fHH L hgD2D vL hgD2vD fRe 2,12,1 ν=ν= Observa-se que fRe pode ser calculado sem que v seja conhecido, desde que se conheça fh , que é o caso do exercício. ( )RouseMoodydoobtidofundidoferrodok386 1059,2 1,0 k D 1016,8 6 21,020 10 1,0fRem6 30sen 3 30sen z L 4 H 4 6 oo 2 2,1 −= × = ×=××= === − − Com esses dois valores obtém-se do Moody-Rouse que f = 0,026 s L40 s m04,0 4 1,006,5 4 DvQ s m06,5 6026,0 21,020v 322 ==×π×=π= =× ××= Exercício 7.10 s m27,1 4 162,1 4 DvQ s m62,1 000.8019,0 20120v 019,0fRouseMoodydo000.1 10 1 k D 102,2 000.8 12020 10 1 fL Dgh2DfRe fL gDh2 v g2 v D Lfhm20hhzz 322 3 5 6 f f 2 fff21 =×π×=π=⇒=× ××= =−⇒== ×=××=ν= =⇒=→=⇒=− − − Exercício 7.11 1,0 2,0 f1 1 2 11 V0 0 2 00 p1V0 hz p g2 v Hz p g2 v HHHH ++γ+ α=++γ+ α +=+ Desprezam-se as perdas singulares e admite-se o reservatório de grandes dimensões. 3000 10 3 k D 102 105,1 310vDRe g2 v D Lfh s m10 3 714 D Q4vv Pa20002,0000.10hp 3 H 6 5 H 2 H f 221 OHOH0 1,0 22 == ×= × ×=ν= = = ×π ×= π == =×=γ= − − 016,0f =→ kW4,50 000.175,0 417113 000.1 1QHN V V V =× ××=η γ= Exercício 7.12 kW1,1810 75,0 6,351082,310QHN s m1082,3 4 1,087,4 4 D vQ m6,3515 20 87,45,0 1,0 150026,0 20 66,8H 026,0f 386 1059,2 1,0 k D 109,4 10 1,087,4DvRe g2 v k D Lf g2 v HzHHHH s m87,4 10 5,766,8 D D vv s m66,8 152 1015v y2 gxv v xg 2 1y gt 2 1y vtx 3 24 B B B 3 2 22 2 2 22 B 4 5 6 2 2 2 1s 2 s B0s,0psB0 22 s s2s 2 2 2 =××××=η γ= ×=×π×=π= =−×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +×+= =⇒ ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ =×= ×=×=ν= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++=+⇒+=+ =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛=⇒=×= =⇒=⇒ ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ = = −− − − − Exercício 7.13 7,3p3,2p7,3p3,2p1,0p7,0p 7,0p7,0p7B 7,0p7 7 2 77 B0 0 2 00 7,0p7B0 HHHHHH H8HzH Hz p g2 v Hz p g2 v HHHH +=++= +=+= ++γ+ α=++γ+ α +=+ m41 13 20033,150 20 10H p hz g2 v H m33,1 20 10 3 50016,0h 2 V 0 1,0f1 2 11 V 2 2,1f =−++= γ−++ α= =××= 0195,0f 600.1 105 08,0 k d 1091,1 10 08,039,2dvRe 019,0f 000.2 105 1,0 k D 1053,1 10 1,053,1DvRe s m39,2 08,0 10124 d Q4v s m53,1 1,0 10124 D Q4v g2 v kkkk d L f g2 v D L fH g2 v k g2 v k g2 v k g2 v k g2 v d L f g2 v D L fH 6,3 5 5 6 6,3 6,3 3,2 3 5 3 3,2 3,2 2 3 27,3 2 3 23,2 2 7,3 6s5s4s3s 7,3 3,2 2 3,23,2 3,27,0p 2 7,3 6s 2 7,3 5s 2 7,3 4s 2 7,3 3s 2 7,37,3 7,3 2 3,23,2 3,27,0p =→ ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ =×= ×=×=ν= =→ ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ =×= ×=×=ν= =×π ××=π= =×π ××=π= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++++= +++++= − − − − − − CV2CV9,1 82,075 73,91012000.1 75 QH N m73,973,18H m73,1 20 39,215,05,01,0 08,0 150195,0 20 53,1 1,0 4019,0H 3 B B B B 22 p 7,0 ⇒=× ×××=η γ= =+= =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +++++××= − Exercício 7.14 kW1,110 7,0 3,12108000.8QHN)b m3,12 20 188,1 1,0 70064,010H 064,0 000.1 64 Re 64f000.1 10 1,01vDRe s m1 1,0 1084 D Q4v g2 vk D LfzHHHHH)a 3 3 B B B 2 B 4 2 3 2 2 s0BC,ApCBA =××××=η γ= =×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +×+= ===→=×=ν= =×π ××=π= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++=⇒+=+ −− − − ∑ Exercício 7.15 E,0pE0 HHH += m5,75,12 10 1050p m5,12 10610 000.175,01 Q N H H pp m4,4 20 06,35,06,4 g2 vk pp m6,4 20 06,3 05,0 5002,014 g2 v D L f pp m14 20 06,35,0 20 06,32 10 10127 g2 vk g2 vh pp kPa127 000.1 1107,12p m7,122 20 06,35,05,0 05,0 50202,0 10 1050 20 06,3p s m06,3 05,0 1064 D Q4vv g2 vkk D L f p g2 v h p 4 3 F 34 BB B B EF 22 D,C CD 22 C,BBC 22 4 32 Bs 2 0B 4 0 2 4 32 0 2 3 2E 2 D,CsBs E,BE 2 EE0 =+×−=γ =×× ××=γ η= +γ=γ =−=−γ=γ =××−=−γ=γ =×−−+×=−−+γ=γ =××= =−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++××+×−+=γ =×π ×× π== ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++γ+ α=+γ − − Para obter a linha da energia , basta somar m45,0 g2 v2 = em cada γ p . Exercício 7.16 026,0f 1059,2 1,0 k D 1055,2 10 1,055,2vDRe s m27,1 2 55,2 2 vv s m55,2 1,0 10204 D Q4v g2 v D L 4 ffh0h g24 v D Lf g2 v D Lfh g24 v D Lfh g2 v D Lfz g2 v D Lfz 4 5 6 2 3 2 2 ss 22 s 2 s 2 2 =→ ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ ×= ×=×=ν= ===′⇒=×π ××=π= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ′−=⇒=−×′−⇒+×′=+ ′′=Δ =Δ − − − m6,62 20 55,2 1,0 000.1 4 027,0026,0h 027,0f1027,1DveR 2 s 5 =××⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= =′⇒×=ν ′=′ Exercício 7.17 330 1052,1 05,0 k D s m10 10 1010g 4 2 6 4 3 = × = =×=γ μ=ρ μ=ν − −− Para esse valor de k D o escoamento torna-se hidraulicamente rugoso para 5104Re ×≅ e nesse caso f = 0,026. kPa500Pa105 20 8 05,0 30026,010 g2 v D Lfp s m8 05,0 10410 D RevvDRe 5 2 4 2 56 =×=×××=γ=Δ =××=ν=→ν= − Exercício 7.18 s m26,3 0625,0 10104 D Q4v g2 v k D L fH m47,0 20 27,1 1,0 300195,0H 0195,0f 174.2 106,4 1,0 k D 1027,1 10 1,027,1DvRe s m27,1 1,0 10104 D Q4v g2 v D L fH HHz p H 3 2 cRe cRe 2 cRe cRe s cRe cRetot cRecRep 2 Sucp Suc 5 Suc 5 6 SucSuc Suc 2 3 2 Suc Suc 2 Suc Suc Suctot SucSucp cRepSucp9 9 B =×π ××=π= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ += =××= =→ ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ =×= ×=×=ν= =×π ××=π= = +++γ= − − − − ∑ kW1,710 7,0 50101010QHN m501713 10 102,0H m1756,1647,0H m56,16 20 26,311 0625,0 6302,0H 02,0f 1359 106,4 0625,0 k D 102 10 0625,026,3DvRe 3 34 B B B 4 6 B 9,0p 2 cRep cRe 5 cRe 5 6 cRecRe cRe =××××=η γ= =++×= ≅+= =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +×= =→ ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ =×= ×=×=ν= −− − − Exercício 7.19 m45,0 20 3 04,0 202,0 g2 v D L fh)c m6021880LLLL m80 302,0 1804,020L s m3 04,0 108,34 D Q4v m183856HHH fv gDH2 L g2 v D L fH)b 02,0 18 04,09 L Dk f g2 vk g2 v D L f)a 22eq s eqeqtot4,1 2tot 2 3 2 41p 2 p tot 2 tot p eq s 2 s 2eq 3 3 3 4,1 4,1 4,1 2 2 2 2 =××== =−−=−−= = × ××= = ×π ××= π = =−=−= =→= =×== = − Exercício 7.20 kPa84,912,9436,2ppp s m27,1 1,0 10104 D Q4v g2 vk g2 v D Lf p g2 vz0 HHH atmabseefe 2 3 2 2 s 2 e 2 3,0p30 −=−=−= =×π ××=π= ++γ++= += − ∑ m6,7z 20 27,116 20 27,1 1,0 6z02,0 10 840.91 20 27,1z0 02,0f 174.2 106,4 1,0 k D 1027,1 10 1,027,1vDRe 22 4 2 5 5 6 =⇒×+×⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +×+−+= = ⎪⎪⎭ ⎪⎪⎬ ⎫ =×= ×=×=ν= − − Exercício 7.21 Pelo andamento da linha da energia o escoamento é de (B) para (A). A,B A,B pAMB pAMB HzHz HHHH)a +=+ +=+ Pela diferença da linha daenergia para a linha piezométrica: s m22,020v2,0 g2 v2 =×=→= 386 1059,2 1,0 k D 102 10 1,02vDRe 4 5 6 = × = ×=×=ν= − − )turbina(m8,82,515HzzH m2,5 20 2 1,0 100026,0 g2 v D LfH A,B A,B pBAM 22 p −=+−=+−= =××== kW04,1 000.1 175,08,8107,1510QHN s L7,15 s m107,15 4 1,02 4 DvQ)b 34 TTT 3 3 22 =×××××=ηγ= =×=×π×=π= − − m135 20 2 1,0 25026,0115 p g2 v D Lf1z p g2 v D Lf p g2 v z HHH)c 2 C 2 B C 2 C 2 C B pCB C,B =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ×+−=γ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +−=γ +γ+= += Exercício 7.22 g2 v D 1f L h 45tg)a 2 fo == f = 0,026 kW26,110 59,0 8,33102,210QHN m8,338,2913H m8,2912128,05H m1245LtgH Hm121 10 103,111h pp phhp pp H m8,0 20 47,4 025,0 8,0025,0 g2 v D LfH m5HHHHHH H g2 v zHHHHH)b s m102,2 4 025,047,4 4 DvQ s m47,4 025,0 1025,020 f 45gDtg2v 3 34 B B B B 5,0p o 5,4p 4,3p4 5 O2H Hg43 4HgO2H3 43 4,3p 22 3,2p 105,0p1,0p10 5,0p 2 5 5B5,0p5B0 3 3 22 o =××××=η γ= =++= =+++= == ==⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −××=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −γ γ=γ −⇒=γ−γ+ γ −= =××== =−=⇒+= ++=⇒+=+ ×=×π=π= =××== −− − Exercício 7.23 s m109,7 4 01,01,0 4 DvQ s m1,0 1032 0032,001,010 32 tggD v tg gD v32tg g2 v vD 64 vD 64 Re 64farminla tg gD2 fvtgL g2 v D Lf tgLh L h tg 3 6 22 6 22 2 2 22 f f − − ×=×π×=π= = × ××=ν α= α=ν→α=ν ν==→ α=→α= α=→=α Exercício 7.24 gD v32 g2D v vD 64 g2D fv L h tg 2 22 f ν=× ν=×==α 280.1 125,0 120 v gh2 k g2 vkh m1 1002,0 125,010010322h gD vL322 g2 v D L Dv 642 g2 v D Lf2h m2hh s m125,0v s m25,0 1032 100 202,010 32 tggDv 22 s s 2 ss 2 5 s 2 22 s fs 5 2 2 =×=′=⇒ ′= =× ×××−= ′ν−=′′ ν−=′′−= =+ =′⇒=× ×× =ν α= − − Exercício 7.25 m8,1296,32,0H m98,1 1,0 5001,0 g2 v D Lfh m6,38,12 g2 vkh energiadalinhadam2,0h hhhH)b s L1,47 s m0471,0 4 1,06 4 DvQ s m68,120vm8,1 g2 v)a 1,0 22 1 211,0 p 2 f 2 ss s fssp 322 2 =++= =××== =×== →= ++= ==×π×=π= =×=→= kW5,1 000.1 19,06,30471,010QHN m6,36,36,128,16,14hH g2 vpH hH g2 v H p )d m6,148,128,1 p x H g2 vp )c 4 TTT sp 2 0 T sp 2 1 T 0 0 p 2 10 21,0 21,0 1,0 =××××=ηγ= =+−−=+−−γ= −+=−γ =+=γ= +=γ Exercício 7.26 Sentido de (5) para(0) m8,40 000.8 103244 20 4pH g2 v h H g2 v h p HHH m44 20 4 1,0 220025,0 g2 v d L fH 025,0 4200 401,020f g2 v d L fh s m4 1,0 104,314 d Q4v m402,0200h L h tg)a 32 5 3,5p 2 2 3,5p 2 25 3,5p35 22 tot 3,43,5p 23,4 2 tot 3,43,4f 2 3 2 3,4f 3,4 3,4f =×−+=γ−+= +=+γ⇒+= =××== =× ××=⇒= =×π ××=π= =×=⇒=β − b) A máquina é uma bomba, pois precisa elevar a pressão. ( ) kW1010 7,0 28104,31000.8QHN m28 20 48,820H HzH g2 v HHHH m8,88,08hhH m8,0 20 116 g2 v kh m8 20 1 2,0 000.1032,0 g2 v D Lfh 032,0 000.2 64 Re 64f arminla000.2 10 2,01DvRe s m1 20 104 D dvv)c 3 3 B B B 2 B 0,2p0M 2 3 0,2p0M3 1,2f1,2f0,2p 22 1,2 1s1s 22 1,2 1,21,2f 1,2 4 1,2 1,2 22 1,2 =××××=η γ= =−+= +=+⇒+=+ =+=+= =×== =××== === =×=ν= =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛×=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= −− − Exercício 7.27 m04,0004,010tgLh zH g2 vpH g2 vzp HHH 4,1f 14,1p 2 1 4,1p 2 4 1 1 4,1p41 =×=α= −+=γ→+=+γ += m75 004,0 1,02,0 tg hh LtgLhhh m2000 004,0 8Lm8tgLh m8 0157,010 8,01057,1H s m0157,0 4 1,02 4 DvQ s m22,020v2,0 g2 v Q N H QH N hHHHHHH Pa1046,1pm46,1234,02,0 p m34,01,02,004,0H m1,02,05,0 g2 vkh m2,02,01 g2 vkh 3s2s eqeqeqf3s2s 6,5f 4 3 B 322 2 BB B B B B 6,5f6,5pB6,5p6B4 4 1 1 4,1p 2 3s3s 2 2s2s =+=α +=→α==+ ==→=α= =× ××= =×π×=π= =×=→= γ η=→η γ= ==→+=+ ×−=→−=−+=γ =++= =×== =×== Exercício 7.28 ( ) ( ) 75,0k8,0 20 47,4k 20 47,4049,08,0 g2 v k g2 v 049,0 g2 v k g2 vpp 8,0 pp g2 v k p g2 vp g2 v s m47,4120v18,02,0 g2 v 2,0 pp :caPiezométriLinha 8,0 pp g2 v )1(na)2( )2(8,0 pp oup108,0p:Manômetro p101028,0pp8,0pp8,08,0p )1( pp g2 v :Pitot v222,0vv5,4 10 45v A A vvAvAv s 2 s 22 1 s 2 1 2 1 s 2 22112 2 1 s 2 2 21 2 1 1 2 112 12 2 1 20 2 4 0 2 44 02m02m0 01 2 1 1222 1 2 212211 =⇒=+×⇒=+ +=γ−γ++γ−γ⇒+γ+=γ+ =×=⇒=+=⇒=γ−γ +γ−γ= +γ=γ+×= +−×=⇒+γ−γ=⇒=×γ−×γ+ γ=γ+ =⇒===⇒= Elementos e Mecânica dos Fluídos SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SIU) Grandezas Fundamentais [M] massa = kg [L] comprimento = m [T] tempo = s [C] carga elétrica = C [n] quantidade de matéria = mol [T] temperatura absoluta = K [I] intensidade luminosa = cd (candela) Grandezas Derivadas [v] velocidade = [ ] [ ] 0 1 1 L M L T T m s −= = [γ ou a] aceleração = [ ] 0 1 22 2L M L TT m s −= =⎡ ⎤⎣ ⎦ [F] força = [ ] 1 1 2 2 2 L M M T mkg s L T−× = × =⎡ ⎤⎣ ⎦ = Newton (N) Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com [I] impulso = F t 2s mkg×Δ = × 1 × s 1 1 1M L T−= Informações fornecidas por: Rocco Scavone – Físico Nuclear USP-SP rocco@unip.br Sistema de Unidades Grandeza Símbolo Unidade CGS MKS MK*S Comprimento L cm m m Massa M g kg utm Força F dina N kgf Tempo T s s s Elementos e Mecânica dos Fluídos Resolvidos 1.1 – A massa específica de um fluido é 3117 utm m . Determinar o peso específico e o peso específico relativo ( )29,8g m s= . 2 3 2 3117 utm 9,8 ? ? utm kgf117 9,8 117 r m g g m s m m s ρ γ γ γ ρ γ γ = = = = ×= × ⇒ = × ⇒ = Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 2s 9,8 m×3m m× 2s 2 3 kg kgf1.146,6 1 f.146,6 r r H O m γ γγ γγ ⇒ = = ⇒ = 3m 1000 kgf 3m 1,1466rγ⇒ = Resolvidos 1.2 – A viscosidade de um óleo é 20,028m s , seu peso específico relativo é 0,9. Determinar a viscosidade dinâmica em unidades dos sistemas MK*S e CGS. 2 2 2 kgf utm 2 2 2 3 3 3 3 2 3 2 υ = 0,028m 0,9 ? 9,8 υ υ kgf kgf0,9 1000 900 900 utm91,8367 9,8 utm υ 0,028 91,8367 2,5714 kgf r r H O s m H O m s m s g m s m m mg g m m s m γ μ μ μ ρρ γγ γ γ γ γ γγ γγ ρ ρ ρ ρ μ ρ μ μ × = = = = = ⇒ = × = ⇒ = × ⇒ = × ⇒ = = × ⇒ = ⇒ = ⇒ = = × ⇒ = × ⇒ = ���� s 2skgf×× 1 m 3m× [ ]2 2kgf2,5714 M K* 2,571 kgf 4 s S m μ μ ×⇒ = = 2m s× 2m1× 2 2 9,81100 N cm × 510 di N na 1 × [ ]2dina252,2543 CGSscmμ ×⇒ = 1kgf Elementos e Mecânica dos Fluídos 1.1- A viscosidade dinâmica de um óleo é 3 2 kgf10 s m − × e o peso específico relativoé 0,82. Determinar a viscosidade cinemática nos sistemas MK*S e CGS. Dados: 2 2 310 ; 1000kgfH Og m s mγ= = . 2 2 3 2 3 2 3 3 3 utm k 23 3 2 2 3 1 Sistema de unidades: MK*S 10 kgf 0,82 1000 kgf 10 υ = ? 2 Análise Física kgf kgf0,82 0,82 1000 820 1000kgf kgf 820 kgf= 82 kg0 10 82 1 f 0 óleo r H O r H O s m m g m s m m s m m mg m s m s m m γ γ γ γγ γ γγ γ ρ ρ ρ ρ − = μ = × = = = = ⇒ = ⇒ = × ⇒ = × ⇒ = × ⇒ = ⇒ = × 2 f 3 g 3 3 2 3 utm82 10μ μ 10 kgf υ= υ= υ υ 82 u Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com fkg tm s m m s m m ρ ρ ρ ρ −− × ⇒ = ×⇒ ⇒ = ⇒ == ���� s 2m× gfk82ρ = 2s× 1 4m 2 5 2 5 2 υ 1, 22 10 3 Acerto de Unidades: [CGS] υ 1,22 10 m m − − ⇒ = × = × s 2 2 2100 1 cm s m × 2 υ 0,122 υ 0,122stokecm s ⇒ = ⇒ = Elementos e Mecânica dos Fluídos 1.2 – O peso de 3 de uma substancia é 2,7kgf. A viscosidade cinemática é 3dm 5 210 m s− . Se 210g m s= qual será a viscosidade dinâmica nos sistemas CGS, MK*S, S.I. e em 2minN km× ? 3 3 1 Sistema de Unidades: [MK*S] V 3 V 3dm dm= ⇒ = 3 3 3dm 1 10 m× 2 3 5 2 2 3 3 utm kgf 3 3 2 2 3 3 2 2 5 5 3 2 V 0,003 2,7 kgf υ 10 10 ? 2 Análise Física 2,7 kgf kgf900 V 0,003 kgf 900kgf utm900 10 90 90 10 utm υ 10 1 kgf 0 90 90utm s m s m m G m s g m s G m m m mg m s m s m m m m s m s m μ γ γ γ γ ρ ρ ρ ρ ρ μ μ μρ − = × − − ⇒ = = = = = = ⇒ = ⇒ = = × ⇒ = × ⇒ = ⇒ = × ⇒ = = ⇒ = ⇒ = × ���� Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com 3 510μ −⇒ = 2m s 3m kgf90× 1 2s× 1 4 2 4 kgf9 10 [M K* ] 3 Acerto de Unidades 9 10 m s S m μ μ − − ⇒ ×⇒ = × = × kgf 2 10 N1 s m × × fkg P ( ) 2 NP 3 3 a 2 3 9 10 9 10 Pa [M K ] . . 9 1 N 0 m s s S S I m μ μ μ − − − = ×⇒ = × ⇒ = × × = × N 2 s m × 510 dina 1 × 21m× N 2 2 2 2 3 dina9 10 [ ] 100 N9 10 s CGS s cm cm μ μ − − ×⇒ = × ×= × 21000× 2m1min 60 s × 2 2N min1501km kmμ ×⇒ = 2m Elementos e Mecânica dos Fluídos 1.3 – Um pistão cai dentro de um cilindro com velocidade constante no valor de 10 m sπ . Entre o pistão e o cilindro existe uma película de óleo com viscosidade cinemática 3 2υ 10 m s−= e 3900kgfóleo mγ = . Sendo o diâmetro do cilindro 10,2 cm. Determinar o peso do pistão para 210g m s= . F O diâmetro do pistão10 cm, seu comprimento 5 cm. 3 2 2 1 Sistema de Unidades: [MKS] (S.I.) 10 υ 10 10 900 kgf óleo v m s m s g m s π γ − = = = = 3 10 N1m × gfk 3 N9000 10 óleo m Di γ⇒ = = 1 100 m×mc mc 0,1 5 Di m L ⇒ = = 1 100 m×cm mc 0,05 10,2 L m De ⇒ = = Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com mc 1 100 m× mc 0,102De m⇒ = 3 2 3 2 Análise Física F 0 P Ft 0 P Ft Ft A A 0,0020,102 2 0,1 0,001 2 A A 0,1 0,05 A 5 10 υ υ υ 10 contato contato contato contato contato Di L De Di v De Di m m m m Di L m m m m g π μ π π π μ γμ ρ μ μρ − − = ⇒ − = ∴ = = τ× = × × = + + τ = × = + + ⇒ = + ⇒ = ⇒ = = × × ⇒ = × × ⇒ = × × = ⇒ = × ⇒ = × ⇒ = ∑ ε ε ε ε ε ε ε ε 3 2 2m2 39000 N 10 10 m s m s μ −× ⇒ = s 3m N9000× 1 21 s× 1 2 10 N0,9 0,9Pa 10 0,9Pa 0,9Pa 0,001 m s s m m sv s m μ μ πμ μ ⇒ ×⇒ = ⇒ = × τ = × ⇒ τ = = × × ⇒ τ = × ε s 10 mπ× 1 0,001m × s Pa9000 PaFt A Ft 9000contato π π⇒ τ = = τ× ⇒ = 35 10 π−× × 2m 2 NFt 45m× ⇒ = 2m× Ft 45 N P Ft P 45 N ⇒ = = ⇒ = N 1kgf 10 × P 4,5kgf⇒ = Elementos e Mecânica dos Fluídos 1.4 – A placa retangular da figura escorrega sobre um plano inclinado com velocidade constante. A placa tem 4m por 5m e se apóia sobre uma película de óleo de 3 2 kgf10 s m μ − ×= e 3900 kgf mγ = . Se o peso da placa é 10kgf, quanto tempo levará para que sua aresta dianteira alcance o fim do plano inclinado? 3 2 3 2 3 1 Sistema de Unidades 10 kgf 900 kgf 10 kgf A 4 5 A 20 1 10 placa placa placa s m m G m mm m μ γ − − = × = = = × ⇒ = = ⇒ =ε ε Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com ( )na direção do movimento contato contato contato 2 contato 2 Análise Física F 0 velocidade constante, aceleração = 0 sen 30 Ft A Ft 0 Ft Gt Gt G sen 30 Gt 10 0,5 Gt 5kgf Ft A A 4 5 Ft A 20 Gt G Gt v m μ μ = = ° = τ× ∴ − = ⇒ = = ° ⇒ = × ⇒ = = τ× ⎫τ = × ⎪⎪= × ⇒ =⎬⎪⇒ = ⎪⎭ ∑ ε contato 3A 5kgf 10v −× × ⇒ = ε kgf5 v⇒ = gf20 k m× 310 v −× kgf s× 2m 2m 20 m × 0, 25 lei dos senos: 10 10 10 20 sen 30 sen 90 0,5 1 0,5 20 mv s SS v t t v S S S S m S m S v t t v t ⇒ =× = × ⇒ = = ⇒ = ⇒ = ⇒ =° ° = × ⇒ = = s 0, 25 m 80 ou 1min. 20t t s s ⇒ = = Elementos e Mecânica dos Fluídos 1.5 – O peso G da figura, ao descer, gira o eixo que está apoiado em dois mancais cilíndricos de dimensões conhecidas, com velocidade angular conhecida ω . Determinar o valor do peso G desprezando a rigidez e o atrito na corda e supondo que o diagrama de velocidade no lubrificante seja linear. Dados: 3 2 208 10 kgf ; 0,02 ; 0,100 ; 0,102 ; 0,1 ;i es m D m D m D m l m rd sμ ω π −= × × = = = = = [ ] ( ) ( )0 1 sistema de unidades: MK*S 2 Análise Física M 0 dir.mov. G Ft 2 2 0,01G 0,05Ft 0 G 5Ft D Di = ⎛ ⎞ ⎛ ⎞− × + × ⇒⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ − + = ⇒ = ∑ 0,102 2 0,100 0, 001De Di m= + + ⇒ = × + ⇒ =ε ε ε ε 0 30 20 0,100 1 1 2 2 8 0 v Di rd m mv v v s s v μ ω ππ μ − τ = × ⎛ ⎞= × ⇒ = × ⇒ =⎜ ⎟⎝ ⎠ τ = × ⇒ τ = × ε ε kgf Paulo Vinicius Rodrigues de Lima paulo.vini2004@gmail.com s× 2 1 m mπ × s 31 10−× m N 2 contato contato contato contato2 duas áreas de contato ou seja dois mancais 2 contato contato contato contato kgf8 Ft Ft A A kgfFt 2 A Ft 8 A A L A 0,100 0,100 A 0,01 Ft 2 A Ft 8 m m Di m m m π π π π π ⇒ τ = τ = ⇒ = τ× = τ× ⇒ = × = × × ⇒ = × × ⇒ = = τ× ⇒ = π 2 kgf m 2 0,01× × π 2m Ft 0,16 kgf⇒ = ∴ G 5Ft G 5 0,16kgf G 8kgf= ⇒ = × ⇒ = ��������� ��� �����������������ffflfiffi� �!�"���$#%��&�'%()&+*,fi-� .0/21%3546�0783:9<;=����1%3<> ?8? @=#BA���,C=D @� <E�� 9F� GIHKJ6LNMPO Q M6R:S<TVUWJ6TXS2Y[ZKR]\flS<TW\flJ_^`R$acb d5e R]M dgf YhO d TXT+R]M d ikjNl�m�nporq�sut�vxw6mzy{j+t=q�l�m�n}|rjNq�q�j+l~]� �[u�5[Ł![!�� [Ł"Fu��:Ł"$ �8[0$ �¡¢ £�¤ ¥u¦5§$¨ ¦5©�ª¤ «:$¬£�¤ 0¦:0® :¯°¤ ±�²¦u³´¤µh¤µ¨ ¤ ¦ ªh0ffi²50ª¤ ¶�:·0¸N¨ $k¦ ª0¹:¦ º°»�¼ ½¾�¿!À[¼ Á8Â0Á8¾PÃ0¾$Á8¾ ¿ÄÂ�Å�Á8ÆflÇ�¼ ÆÈ�¿ÄÂ�»´Á8¾5Á8ÆÉÊ8Å ËÌ»À�ͼ Í[Ê$Í�ÆÁ8¾�Ã=ÎÏ Àu¼ Ð$ ÑPÒ]Ó�Ô ÕÖ�× ÒffiØ�Ò Ö ÒÙÒ-ÚÜÛhÝ�Þ�ßÝàØ Ö�á]â Ò ã�äÜå�æ Õ�Ö Ò�ç èé Ò áffièuáê�ë"á:Ö æ Õ Òffiì �]u Õ[í�× ç èé Ò á-í�áffiîµ×µâ Ö�á ïñð å ê�í Ò:æ Õuê Ó áò°í8Õ ð Ô ó òô׬è Ò$õ8ö�÷ÜÒ îµîµ×¬í Òuø0ö�Þ Õuòôê8׬è�ù5Õhú Ò î¬ùÕÖ ã û���ü��3ffi��ý�ü��u���h�!þ!��ü�8�h3:ff=ß:��ff�ü��u� 9��ô��3Ù3:9FD���������� �� � ����� ���������������fifffl�ffi ��!"�$#&%fi%�#'� f S�a)(XJ O * \flS + ,.-0/21432546�78 .:9=�Ì. ����8;��Ì3$9���Ü3-û ;%3:�uß < = ß]þ!�8�5�-�-�Ù�-�ffi�-�ffi� > .>9��!.��!.@?3:ff��þ"1���1�3Ù35 ���3���:A� �W�-�ffi�-�ffi� > .>9��!.�� > &X�!ý�þ"1%�8�h3$9 *,3$E�8ý=��� �-�ffi�-�ffi� .>9��!.�� CB °�þ!ff=ß < = E�þ!��1�3ffi�)�ED�ý�þ!9P3$1%3� � @ .>9��!.�� @ ��þ!ffGF=��� 1%3IHk����3:ff�ü�3 3 � û�D�ý=��Jß A� ��1��KHk��ff%üþÌff�ý�þ"1��81%3 �-� L .>9��!.��ML �6E��!þ!ß$��Jß A��3$� 1��_û�D�ý=��Jß A� � 1%3 Nk3$��ff=��ý��!�Ìþ �-�ffi�-�ffi�-�ffi�-�-�Ù�-� 9 Hk�89�3$ff�üO<� �þ!�8�QP ��ýGR83$��ü:A�83$�°35û�����8�$D���´78���h3:ff�7�þ"� �,E=���� SUTGV�W�W$VYX[Z]\&^�_�`G^$a�T�X4_ffib a c WG\$X&dGV'e�f�_gdGhUi j k d�dUlnmpo�o�q$q�qn_Q\&^�_ffi`G^$aUT�X4_ffib�aGo��rS TGV�W�W VYX K<��R8þÌff=� .B1%3</ ��������� ��� �����������������ffflfiffi� �!�"���$#%��&�'%()&+*,fi-� .0/21%3546�0783:9<;=����1%3<> ?8? @=#BA���,C=D @� <E�� 9F� srt u Y * R:\flS<T vxwnypv z t�m|{Ùq�vx} jNlBv@~,v�tO� ��mkl + , �+O �+ $Ł47>3254G5'�7>7 Y6 +�,G� �+ :+GO,O�543E Y6 û°ffß]��ff�ü��3fl� ��ý�9P3:ff�ü�� 1%3 E��3$��flA��� 1%3 ý�9 =ý�þ"1%� 3:9 ý�9�I��3:�þÌffYR8�¡D�ý=� ff1%�rý�9�r3:ff�� 3:�9�3$þÌ�u�r� E=�Ìþ"ß:�rý=9P� � ���UJß:� 1%3 @�>à4}� �£¢3:9<;���!� 1�� ��3$��þ!ffGR���#61%3{���þÌ� . ¤!. ß]9F� ¥ B ��ý�9P3:ff�ü��-1%3)E���3���:A� �<36�Ù� �8� Jß$�Ù��E��!þ!ß$��1��-1%þ!7�þ!1�þ!1�� E3:�"�¡<� �3$�=#%þ!��ü��¦<38#O§©¨«ª¬¯®Q°@ª¬¯® c²±�³&´ j[#��ff=1�3 ³ <3-� �u� þ!�P1���E=þ!��ü:A���P1=����3:�þ!ffGR8�=�X +�8��üu� ff�ü�� §©¨ª @�> ±|c ?G¤ ?�.8.>j ´ ª . ¤!.¶µ{.? ·ffi N��¤ +�,GQ �+ �O,O�543E Y6 �¸�� ff�3$�!� 1%3�ý�9W3$�ß]�þ¬ü�<���þÌ� ü�3:9p1�þÌ9P3:ff�flA�83$�Ù1%3� Y¤ @ 9 E���5> ¤!.<9F�¹Hk��9P� ��3��ý��Ìü�81%� 1�32ý�9� ü�3$9�E3$��ü�81%3�#�� E��3$��flA���1%�ffi� �N1%�Ù�"��1%�ffi1%3k� ���u�ß$� þ�E=� �u�)?Y¤ ºU9)� ü�9F# 9��� �flE��3$��:A� � 1%3K1%3:ff�ü���flE3:�9P��ff�3$ß:3 1%3{. �0ü9K�¼»ý� ��� 70� �!���61��2� �8� Jß$�)D�ý�3ffiE�ýG;%�P�r¸���ff�3:�"��E=� �u�5� �8��$½ ¥ B � �-1%31%3:ff�ü���K3:9PE�ý���u� �¹¸�� ff�3$�!� E=���� � ���u� ß:��9 ý�9�� ���UJß:�Ù1���1=�E����¨¾fl°<#��8ff=1%3¿¨�¾K<3h�ÙE��3$��flA���1%3$ff8ü��� 1%�23$�ß]�þ¬ü�<���þÌ�ffi3©°À<3)�Á<����3�-1��0¸���ff�3:�"���+�6ff=���Ì�UR8��9�3$ff�ü�3�# �P� �,1%���!�81%��1�3)� �8��23:9PE�ý���u�5E=����21%3:ff�ü���Pß]��9 ý=9P� � ���UJß:� 1���1�� E�8�©¨Â�°<#°��ff=1�3è�ÂÄ<3 � E��3$��flA���F� ���u��� � 9��R8ff�þ¬üý=1%351��2� �8� Jß$�2�ffi< = D�ý�þ!1=�Á<38#%E�8��üu� ff�ü��# ¬ ª c ¨�¾¯Å¨Â jÆ° ª c .ÇÅ ?Y¤ ºU9Uj c . ¤ ?�. ȵ .$?U·:j c G¤ @$j c > ¤!.>j ª >G¤ ºµ .$? 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