Mecânica dos Fluidos: Perda de Carga e Balanço de Energia

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1 - “Em um escoamento pode haver perda de carga localizada e distribuída, conforme apresentada na equação. Em termos de grandeza, a perda de carga localizada costuma ser grande em curtos trechos das instalações, por ser uma perturbação brusca que o fluido sofre no escoamento; enquanto a perda distribuída é ocasionada pelo atrito das partículas do fluido”.
Fonte: BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. rev. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.
 
Agora, analise a equação a seguir:
 
 
Considerando essas informações e conteúdo estudado sobre perda de carga, assinale a alternativa correta.
2 - O tubo de Pitot corresponde a um transdutor que transforma a velocidade do escoamento em (1). Essa diferença de pressão é utilizada para determinar a velocidade na posição em que se encontra a ponta do tubo de Pitot, alternativamente, pode-se coletar dados de (2) pressão diferencial e da velocidade de escoamento.
Fonte: AGUIRRE, L. A. Fundamentos da Instrumentação. São Paulo: Pearson Education, 2013.
 
Considerando essas informações e conteúdo estudado sobre tubo de Pilot, assinale a alternativa correta que corresponde aos pontos (1) e (2).
3 - Analise a figura a seguir e estime o valor do fator de atrito, possuindo o valor da perda de carga distribuída (hf), mas sem o diâmetro da tubulação e da velocidade do escoamento.
 
 
A perda de carga distribuída é determinada como uma função da massa específica, da velocidade de escoamento do fluido, do diâmetro da tubulação, do comprimento da tubulação e da viscosidade. Considerando essas informações e conteúdo estudado sobre, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
 
I. O diâmetro pode ser calculado por meio de , substituindo a velocidade ela vazão do escoamento.
II. A velocidade do escoamento pode ser determinada por meio da equação 
III. Mesmo calculando o diâmetro e a velocidade, o número de Reynolds fica indefinido.
IV. A sequência descrita na figura permite o cálculo de todos os parâmetros da perda de carga distribuída.
 
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
4 - A equação a seguir mostra o balanço de energia em um escoamento que contém máquina(s). Se considerarmos um escoamento em regime permanente, se não houvesse máquina: H1 = H2. Porém, se a máquina for uma bomba, o fluido receberá um acréscimo de energia tal que H2 > H1. Para restabelecer a igualdade, deverá ser somada ao primeiro membro a energia recebida pela unidade de peso do fluido na máquina”.
 
 
Fonte: BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. rev. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.; FOX, R. W.; MCDONALD, A. T.; PRITCHARD, P.J. Introdução à mecânica dos fluidos. 8. ed. rev. Rio de Janeiro: LTC, 2014.
 
Considerando essas informações e conteúdo estudado sobre perda de carga, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
 
I. No balanço de energia dos sistemas contendo máquinas se o HM > 0, a máquina está fornecendo energia ao escoamento, sendo, portanto, uma bomba.
II. Na equação do balanço de energia, o coeficiente de energia cinética (α) é o termo de correção da velocidade real.
III. De acordo com a equação do balanço de energia, se não houver máquinas nem trocas de calor, então as cargas totais se mantêm constantes em qualquer seção, não havendo nem ganhos nem perdas de carga ocasionadas por máquinas.
IV. Em um escoamento contendo turbinas, para restabelecer a igualdade do balanço de energia, deverá ser somada ao primeiro membro, da equação, a energia recebida pela unidade de peso do fluido na máquina.
 
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
5 - A perda de carga distribuída é determinada em função da massa específica, da velocidade de escoamento do fluido, do diâmetro da tubulação, do comprimento da tubulação, da viscosidade ou por meio do fator de atrito. Sendo necessário uma sequência de cálculos para a obtenção desse parâmetro.
 
Assim, e considerando os conteúdos estudados sobre perda de carga, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
 
I. Valores de Reynolds acima de 2.400, representa um escoamento turbulento. Sendo o fator de atrito determinado por meio do diagrama de Moody-Roose
II. Valores de Reynolds entre 2.000 e 2.400 indica escoamento de transição, sendo o fator de atrito determinado por meio do diagrama de Moody-Roose.
III. O escoamento de laminar corresponde a Reynolds superiores a 2.000, sendo o fator de atrito determinado dependente somente do número de Reynolds.
IV. Para números de Reynolds maiores que 2.000, será necessário no cálculo da perda de carga os seguintes parâmetros: L, D H, Q (Vel).
6 - Observe a imagem a seguir:
Fonte: AGUIRRE, L.A. Fundamentos da Instrumentação. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013. p. 244. (Adaptado).
 
De acordo com Aguirre (2013), os equipamentos projetados para medir velocidade são responsáveis por determinar essa variável em um determinado ponto do escoamento, ou seja, determinam a velocidade local tanto nos escoamentos internos como nos externos. Considerando essas informações e conteúdo estudado sobre velocidade, assinale a alternativa correta.
7 - “Da equação de Bernoulli sabe-se que, quando consideramos um fluido ideal, haverá no escoamento perda de carga por consequência do atrito que o fluido exerce nas tubulações, nas entradas e saídas de equipamentos e singularidades.”
Fonte: ÇENGEL, Y. A.; BOLES, M. A. Termodinâmica. 7. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.
 
Considerando essas informações e conteúdo estudado sobre perda de carga, analise as afirmativas a seguir.
 
I. A perda de carga localizada corresponde a uma mudança brusca de escoamento. Por esse motivo, possui magnitude superior a das perdas distribuídas.
II. O comprimento equivalente de uma singularidade é um comprimento fictício de uma tubulação de seção constante e, com o mesmo diâmetro, que produzirá a perda distribuída igual à perda localizada da singularidade.
III. No cálculo das perdas singulares, utiliza-se do fator de atrito, rugosidade ou do número de Reynolds.
IV. A perda de carga singular pode ser determinada por vários métodos, como o método do comprimento equivalente e o método do fator de atrito.
 
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
8 - Analise a imagem a seguir:
 
FONTE: BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. rev. São Paulo: Pearson Prentice Hall2008. p. 96. (Adaptado).
 
Sabe-se que a pressão indicada por um manômetro instalado na seção (2) é 0,16 Mpa; a vazão é 10 L/s; a área da seção dos tubos é 10 cm 2 e a perda de carga entre as secções (1) e (4) é 2 m. Não é dado o sentido do escoamento, porém tem-se os dados γ H2O = 10 4 N/m 3 e g = 10 m/s 2. Considerando essas informações e conteúdo estudado, determine a carga manométrica da máquina e o tipo de máquina.
9 - A figura a seguir mostra uma tubulação de ferro fundido, que possui dois manômetros instalados a uma distância de 9,8 m, indicando 0,15 Mpa e 0,145 Mpa.
 
Fonte: BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. rev. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008. p. 179. (Adaptado).
 
O fluido presente no escoamento é a água ( γ= 104
N/ m3), o diâmetro da tubulação é igual a 10 cm; a viscosidade cinemática da água é 0 ,7. 10 -6 m2/s. O coeficiente de rugosidade do ferro fundido é k = 2,59.10- 4m. Considerando essas informações e conteúdo estudado, calcule a perda de carga na tubulação.
10 - Analise a figura a seguir:
Fonte: BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. rev. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008. p. 94. (Adaptado).
 
O reservatório de grandes dimensões da figura fornece água para o tanque indicado com uma vazão de 10 L/s, supondo um fluido ideal e os dados:
 
γ H2O = 104 N/m3
Atubos
= 20 cm2
g = 10 m/s2
 
Assim, e considerando os conteúdos estudados, calcule a carga manométrica da máquina será indicada por H M, indicando que o equipamento é uma bomba ou uma turbina.