Lista de Exercícios Fenômenos de transporte 4

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Fenômenos de Transporte 4 
Lista de Exercícios para Prova 2 – 2023/1 
 
1. No dispositivo abaixo, sabe-se que a seção do jato tem uma área de 0,052 m2 e que a 
área do pistão é de 20 cm2. (a) Determine a vazão no bocal. 
 
 
 
𝜌á𝑔𝑢𝑎 = 1.000 
𝑘𝑔
𝑚3
 
𝜌𝐻𝑔 = 13.600 
𝑘𝑔
𝑚3
 
 
 
2. (a) Calcule a força horizontal aplicada sob o suporte do bocal do dispositivo abaixo. A 
água que sai do bocal, incide na placa, plana e vertical e se distribui igualmente em todas 
as direções; (b) calcule a força que deve ser aplicada na placa para mantê-la em repouso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Os reservatórios da estação de água presentes em uma propriedade rural possuem 
formato cúbico como o pode-se observar na figura abaixo. Para encher os reservatórios, 
completamente, são gastos 100 s para o reservatório (1) e 500 s para o reservatório (2). 
(a) Determine a velocidade da água na seção (A), sabendo que o diâmetro do conduto 
nessa seção é de 1 m 
 
 
 
4. Em uma propriedade rural a água escoa em uma profundidade de 40 cm em um esgoto 
pluvial de 100 cm de diâmetro. (a) Calcule a vazão volumétrica e a vazão mássica se a 
velocidade média for de 3 m/s. 
𝜌á𝑔𝑢𝑎 = 1.000 
𝑘𝑔
𝑚3
 
 
5. Determine a taxa de variação do nível da água (dh/dt) em um tanque aberto. A água 
entra através de um tubo com área circular de 0,10 m2 com velocidade V1 de 0,5 m/s e a 
vazão de saída é de 0,2 m3/s. O tanque tem uma seção transversal circular com diâmetro 
de 0,5 m. Faça os cálculos utilizando o volume de controle (a) e o volume de controle (b). 
Observe a importância da escolha do volume de controle na resolução dos exercícios. 
Dica. No volume de controle (a) o fluido não cruza a superfície superior interna do 
dispositivo. 
(a) Volume de controle (a) - O volume de controle é delimitado pela linha pontilhada. 
 
 Figura A 
(b) Volume de controle (b). A única diferença neste caso é a escolha do volume de 
controle. Todos os parâmetros tais como: diâmetro, velocidade, área e vazão etc., 
continuam iguais à figura (a). 
 
 
Dados: ρ= 1000 kg/m3 
 
6. O tanque da figura abaixo, inicialmente está com 1000 kg de salmoura contendo 10% 
de sal em massa. Uma corrente de entrada de salmoura contendo 20% de sal em massa 
escoa para o interior do tanque a uma taxa de 20 kg/min. A mistura no tanque é mantida 
uniforme por meio de agitação. A salmoura é removida do tanque por um tubo de descarga 
a uma taxa de 10 kg/min. (a) Encontre a quantidade de sal no tanque em qualquer tempo 
t e o tempo decorrido quando a quantidade de sal no tanque for 200 kg. 
 
 
 
Resp: 36,6 minutos 
 
7. O escoamento no tubo abaixo é produzido pelo ar pressurizado no reservatório. Que 
pressão p1 (manométrica) é necessária para fornecer uma vazão 60 m
3/h de água? 
 
 
 
8. Numa instalação a água a 20 oC deve ser bombeada por um tubo de 610 m do 
reservatório 1 para o reservatório 2 a uma taxa de 85 L/s. Se o tubo é de ferro fundido de 
150 mm de diâmetro e a bomba tem 75% de rendimento, qual deve ser potência necessária 
em hp da bomba. 
 
 
 
 
9. Água a 20 oC é bombeada de um reservatório por um tubo vertical de 10 pés de 
comprimento e 1/16 pol de diâmetro. A bomba fornece uma elevação de pressão de 11 
lbf/pol2 para o escoamento. Despreze as perdas na entrada (a) calcule a velocidade de 
saída, (b) que altura atingirá o jato d’água de saída (aproximadamente)? (c) Verifique se 
o escoamento é laminar. 
 
 
 
 
10. (5-87 Cengel pag. 231) Água escoa a uma vazão de 20 L/s através de um tubo 
horizontal cujo diâmetro, constante, é de 3 cm. A queda de pressão através da válvula do 
tubo é medida como 2 kPa, como mostra a figura abaixo. (a) Determine a perda 
irreversível da válvula, e a potência de bombeamento útil necessária para superar a queda 
de pressão resultante. 
 
 
 
11. Quando a bomba da Figura abaixo bombeia 220 m3/h de água a 20 oC do reservatório, 
a perda de carga total por atrito é de 5 m. O escoamento é descarregado através de um 
bocal para a atmosfera. (a) Calcule a potência da bomba em kW entregue para a água. 
 
 
 
 
 
 
12. (White P.3.139, pág. 225) A Bomba horizontal da figura abaixo descarrega 57 m3/h 
de água a 20 oC. Desprezando as perdas, qual é a potência em kW entregue à água pela 
bomba? 
 
 
 
13. Um grande tanque, de altura h = 1m e diâmetro D = 0,75 m, está fixado sobre uma 
plataforma rolante conforme a figura abaixo. Água jorra do tanque por meio de um bocal 
de diâmetro d = 15 mm. A velocidade uniforme do líquido saindo do bocal é, 
aproximadamente, 𝑉 = √2𝑔𝑦, em que y é a distância vertical do bocal até a superfície 
livre do líquido. Determine a tração no cabo para y = 0,9 m. 
 
 
 
 
 
 
 
14. Um tanque de água está apoiado sobre um carrinho com rodas sem atrito, como 
mostrado na figura abaixo. O carro está ligado a uma massa M = 10 kg por meio de um 
cabo e o coeficiente de atrito estático da massa com o solo é 𝜇 = 0,55. Se a porta 
bloqueando a saída do tanque é removida, o escoamento resultante na saída será suficiente 
para iniciar o movimento do tanque? Considere o escoamento da água sem atrito, e que a 
velocidade do jato é 𝑉 = √2𝑔𝑦, em que h = 2 m é a profundidade da água). Encontre o 
valor da massa M justamente necessária para manter o tanque no lugar. 
 
 
 
15. Uma montagem com um bocal curvo que descarrega água para a atmosfera é 
mostrado na figura abaixo. A massa do bocal é de 4,5 kg e seu volume interno é de 0,002 
m3. Determine a força de reação exercida pelo bocal sobre o acoplamento para o tubo de 
entrada. 
 
 
 
 
 
16. O reservatório de grandes dimensões da figura abaixo fornece água para o tanque com 
uma vazão de 0,01 m3/s. Determine a potência da turbina instalada, se a sua eficiência é 
de 60%. A perda total de carga (hL) do sistema é de 2 m. 
 
 
𝜸á𝒈𝒖𝒂 = 10
4 𝑁/𝑚3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17. água escoa em regime permanente através do cotovelo redutor de 90º como mostrado 
na figura abaixo. Na entrada do cotovelo a pressão manométrica é 100 kPa e a área da 
seção transversal é 0,01 m2. Na saída, a área de seção transversal é 0,0025 m2 é a 
velocidade média de 20 m/s. O cotovelo descarrega para a atmosfera. (a) Determine a 
força necessária, ou seja, as componentes Rx e Ry para manter o cotovelo estático. 
Considerações: Escoamento uniforme, escoamento incompressível, desprezar o peso do 
cotovelo e da água no cotovelo. 
 𝜌á𝑔𝑢𝑎 = 1000 
𝑘𝑔
𝑚3
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18. No dispositivo abaixo (defletor) a seção do jato de água tem uma área de 520 cm2 e a 
área do pistão é de 20 cm2. (a) Determine a velocidade da água no bocal, (b) a vazão 
volumétrica no bocal. O sistema está em equilíbrio. 
 
Dados: 𝛾𝐻𝑔 = 1,36𝑥10
5 𝑁/𝑚3; 𝜌á𝑔𝑢𝑎 = 1000 
𝑘𝑔
𝑚3