Estudo sobre Velocidade e Escoamento

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Questão 1:
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.
Resposta correta
A velocidade do corpo afeta a pressão estática em determinados pontos, esse fato causa alterações na medição da pressão,
Resposta correta. Lembre-se de que a pressão e a velocidade são variáveis fundamentais na caracterização do escoamento. Dessa forma, as pressões em alguns pontos serão iguais, mas em outros pontos haverá o aumento e a diminuição da pressão.
Questão 2:
“A velocidade de escoamento do fluido é um parâmetro utilizado na determinação da vazão de escoamento, no cálculo do fator de atrito. Quando consideramos a velocidade uniforme na entrada e saída de um escoamento permanente, podemos dizer que a vazão mássica para dentro do volume de controle iguala a vazão mássica para fora do volume de controle.”
 Fonte: FOX, R. W.; MCDONALD, A. T.; PRITCHARD, P.J. Introdução à mecânica dos fluidos. 8. ed. rev. Rio de Janeiro: LTC, 2014. p. 5.
 
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. A velocidade pode ser determinada através do produto entre a área da seção e o deslocamento, em um determinado tempo.
II. Dentre os equipamentos medidores de velocidade, podemos citar: tubo de Pitot, anemômetros, sensor ultrassônico e manômetro.
III. O equipamento medidor de velocidade fornece a velocidade média ao longo do escoamento.
IV. A velocidade no escoamento de fluidos incompressíveis pode ser determinada por meio da variação da pressão entre pontos de um corpo submerso.
 
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:
Resposta correta
V, F, F, V.
Questão 3:
O fator de atrito é um parâmetro utilizado no cálculo da perda de carga, este fator está diretamente relacionado com o número de Reynolds e com a razão entre o diâmetro da tubulação e a rugosidade.
Fonte: FOX, R. W.; MCDONALD, A. T.; PRITCHARD, P.J. Introdução à mecânica dos fluidos. 8. ed. rev. Rio de Janeiro: LTC, 2014. p. 5.
 
A figura a seguir mostra a retirada de água de um reservatório para um tanque:
 
 
FONTE: BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. rev. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008. p. 189. (Adaptado).
 
Assim, considerando a imagem e o conteúdo estudado sobre perda de carga, assinale a alternativa correta.
· 
Resposta correta
A perda de carga singular será correspondente à soma das perdas das válvulas, desvios e expansões ou reduções presentes entre os pontos (1) a (7).
Questão 4:
Analise o tanque a seguir:
 
 
Fonte: BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. rev. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008. 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 secção dos tubos é 10 cm 2 e a perda de carga entre as seções (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 o balanço de energia no ponto (1) e no ponto (2) e o sentido do escoamento entre esses pontos.
Resposta correta
H1 = 24 m; H2 = 25 m; sentido de 2 para 1.
Resposta correta! Os escoamentos ocorrem no sentido das cargas decrescentes, ou seja, da maior para a menor, dessa forma, vamos calcular as cargas nos pontos (1) e (2) e determinaremos o sentido do escoamento.
 
 
Não temos a velocidade no ponto (2), que é determinada por meio da vazão volumétrica e a área:
 
Vel 2 = 10.10 -3/10. 10 -4 = 10 m/s
 
4+10 2/2.10 + 0,16.10 6/10 4
 
Nota-se que: H2 > H1, dessa forma o sentido do escoamento será do ponto (2) para o ponto (1).
Questão 5:
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
Resposta correta
HB = 26 m, a máquina é uma bomba.
Muito bem! Fazendo o balanço de energia entre (1) e (2), teremos:
 
 
Não temos a velocidade no ponto (2), que é determinada por meio da vazão volumétrica e a área:
 
Vel 2 = 10.10 -3/10. 10 -4 = 10 m/s
 
4+10 2/2.10+0,16.10 6/10 4
 
Nota-se que H2 > H1; dessa forma, o sentido do escoamento será do ponto (2) para o ponto (1). O balanço nos pontos (1) e (4) é:
 
H4 + HB = H1+ Hp1,4
 
H4 será zero, por estar a pressão atmosférica, não possuir cota, e a velocidade de escoamento na superfície ser desprezível.
 
HB = H1 + Hp1,4 = 24 + 2 = 26 m
 
Como a carga manométrica é positiva, a máquina presente no escoamento é uma bomba.
Questão 6:
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.
Resposta correta
15,1 L/s.
Resposta correta. Se observarmos o trecho 1 e 2, só existem perda de carga distribuída e não existem máquinas no escoamento. Dessa forma, o balanço de energia será igual a:
 
H1 = H2 + Hp1,2
Hp1,2 = H1 - H2
=
 
Como z1 = z2; Vel1 = Vel2; a1 = a2; teremos:
 
Hp1,2 == (0,15-0,145).10 6/10 4 = 0,5 m
 
O valor da velocidade:
 
 
A velocidade depende do fator de atrito (f),
 
 
Além disso, considera-se os valores de acordo com o diagrama de Moody-Roose.
 
K = 2,59.10 -4m
D H/k = 0,1 / 2,59.10 -4 = 385
F = f (
f = 0,027
 
Com o valor de f, determinamos a velocidade:
 
Vel = 1,92 m/s
Q = Vel.A = 1,92[p(0,1) 2/4] =15,1 L/s
Questão 7:
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).
Resposta correta
V, V, F, F.
Resposta correta. O fator de atrito é função do número de Reynolds e da razão entre o diâmetro e a rugosidade equivalente da tubulação. Para Reynolds superiores a 2.000 é necessário o uso do diagrama de Moody-Roose na determinação do fator de atrito.
Questão 8:
A equação a seguir mostra o balanço de energia em um escoamento que contém máquina(s). Se considerarmos um escoamento em regime permanente, se nãohouvesse 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:
Resposta correta
V, V, V, F.
Resposta correta. Como o termo Vel 2/2g da equação de energia foi obtido com a hipótese de escoamento uniforme, introduz-se um termo de correção (a), que será o coeficiente de energia cinética que, multiplicado pela velocidade média, corresponderá a velocidade real. Em escoamentos com a presença de máquinas, se a máquina for uma bomba, o fluido receberá um acréscimo de energia. Porém, se for uma turbina, ocorrerá decréscimo da energia do fluido.
Questão 9:
“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.
Resposta correta
V, V, F, F.
Resposta correta. A perda de carga singular pode ser determinada pelo método do coeficiente de resistência, no qual o fabricante do equipamento fornece um coeficiente ou este é determinado em função do número de Reynolds e do coeficiente adimensional de forma.
Questão 10:
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).
Resposta correta
Pressão diferencial e calibração.
Resposta correta. Por meio do tubo de Pitot, é possível determinar a velocidade em função da diferença de pressão de estagnação e a pressão estática.
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