Exercicios_unidade_3b

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DISCIPLINAS DE FENÔMENOS DE TRANSFERÊNCIA
LISTA DE EXERCÍCIOS – MEIOS EM MOVIMENTO
1) A água se move com uma velocidade de 5,0 m/s em um cano com uma seção reta de 4,0 cm2. A água desce 
gradualmente 10 m enquanto a seção aumenta para 8,0 cm2. (a) qual é a velocidade da água depois da descida?
b) Se a pressão após a descida é 150 kPa, qual a pressão antes da descida? R: a) 2,5 m/s; b) 250 kPa.
2) A água de um porão inundado é bombeada com uma velocidade de 5,0 m/s através de uma mangueira com
1,0 cm de raio. A mangueira passa por uma janela 3,0 m acima do nível da água. Qual a potência da bomba?
R: 66 W
3) Um tanque cilíndrico de grande diâmetro está cheio de água até uma profundidade D = 30 m. Um furo de
seção reta A = 6,5 cm2 no fundo do tanque permite a drenagem da água. Qual a vazão de água no furo?
4) Um medidor venturi é usado para medir velocidade
de um fluido em um cano. O medidor é ligado entre dois
segmentos do cano, como mostrado na figura. Mostre
que v1 pode ser calculada através da seguinte equação:
v1 =
√
2A22∆p
ρ(A22 −A21)
5) Explique detalhadamente o que é pressão de estagnação. Com base em sua resposta anterior explique como é
possível medir a velocidade de um escoamento utilizando um tubo de Pitot.
6) A água do recipiente da figura ao lado está sendo
retirada através de um sifão. Se as distâncias h1 = 25
cm, h1 = 12 cm e h1 = 40 cm. a) Com que velocidade
o líquido sai do tubo no ponto C? b) Se a pressão at-
mosférica é 100 kPa, qual será a pressão no ponto mais
alto do tubo? c) qual pode ser o valor máximo de h1?
R: a) 3,2 m/s; b) 92 kPa; c) 10,3 m.
7) Defina vazões em massa e em volume. Como elas são relacionadas?
8) Quando o escoamento é permanente através de um volume de controle é em regime permanente?
9) O que é linha piezométrica? Em que ela difere da linha de energia? Sob quais condições ambas as linhas
coincidem com a superfície do líquido?
10) Expresse a equação de Bernoulli de três formas diferentes usando as (a) energias, (b) as pressões e (c) as
cargas.
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11) O nível da água em um tanque é de 20 m acima do
solo. Uma mangueira está conectada à parte inferior do
tanque, e o bocal no final da mangueira aponta direta-
mente para cima. A tamba do tanque é hermética e a
pressão manométrica do ar acima da superfície da água
é 2 atm. O sistema está no nível do mar. Determine
a altura máxima até a qual a corrente de água pode
chegar. R: 40,7 m.
12) A água esta sendo bombeada de um grande lago para um reservatório 25m acima a uma vazão de 25 l/s
por uma bomba de 10 kW de potência. Se a perda de carga na tubulação for de 7 m, determine a eficiência da
bomba. R: 78,5%.
13) A água entra em um tanque com diâmetro DT de
forma constante a uma vazão mássica de ṁe. Um ori-
fício na parte inferior com diâmetro D0 permite que a
água escape. O oríficio tem uma entrada arredondada,
de modo que as perdas por atrito são desprezíveis. Se
o tanque está inicialmente vazio, (a) determine a altura
máxima que a água atingirá no tanque e (b) obtenha
uma relação para a altura da água h como uma função
do tempo.
14) A água entra em uma turbina hidráulica por meio de um tubo com 30 cm de diâmetro a uma vazão de
0,6 m3/s e sai através de um tubo com 25 cm de diâmetro. A queda de pressão na turbina é medida por um
manômetro de mercúrio como 1,2m. Para uma eficiência combinada de turbinagerador de 83%, determine o
resultado total de potência elétrica. R: 55 W.
15) Explique o teorema do transporte de Reynolds e descreva como a equação do momento é obtida a partir
deste.
16) Descreva as forças de corpor e as forças de superfície e explique como a força resultante que age sobre um
volume de controle é determinada. O peso do fluido é uma força de corpo ou de superfície? e a força de pressão?
17) Escreva a equação do momento para um escoamento unidimensional estacionário para o caso de ausência de
força externa e explique o significado físico de seus termos.
18) Explique porque, geralmente, podemos desprezar a pressão atmosférica quando trabalhamos com as equações
do momento e da energia.
19) Os bombeiros seguram um bocal na ponta de uma mangueira enquanto tentam apagar um incêndio. Se o
diâmetro de saída do bocal é 6 cm e a taxa de escoamento da água é 5 m3/min, determine (a) a velocidade média
de saída da água e (b) a força necessária para que os bombeiros segurem o bocal. R: a) 29,6 m/s; b) 2,457 kN
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20) Um jato de água horizontal a velocidade constante de um bocal fixo é imposto normalmente a uma plca
plana vertical que é mantida em um trilho quase sem atrito. À medida que o jato atinge a placa, esta começa se
mover devido à força da água. A aceleração da placa permanecerá constante ou aumentará?
21) Um cotovelo de 90o é usado para direcionar o escoa-
mento da água a uma taxa de 25 kg/s em tubo horizon-
tal para cima. O diâmetro de todo o cotovelo é 10 cm.
O cotovelo descarrega água na atmosfera e, portanto, a
pressão na saída é a pressão atmosférica local. A dife-
rença de elevação entre os centros da saída e da entrada
é de 35 cm. O peso do cotovelo e da água contida nele
são desprezíveis. Determine (a) a pressão manométrica
no centro da entrada do cotovelo e (b) a força (módulo
direção e sentido) de ancoragem necessária para manter
o cotovelo no lugar. R: pe ≈ 3,43 kPa; |~F | = 136 N; θ
= 143o
22) Repita o problema anterior para o caso de um cotovelo idêntico conectado ao cotovelo existente, para o que
fluido faça uma volta em U.
23) Enuncie a primeira, a segunda e a terceira leis de Newton.
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