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Lista de Exercícios 1-A pressão num conduto de água (γ = 9810 N/m3) é medido pelo manômetro de mercúrio (δ = 13,6). Avalie a pressão manométrica no conduto. Resposta: 4,6 kPa Resolução ( ) ( ) kPaPPhpdP HgatmOH 6,4046,09810038,0*9810*6,132 =⇒+−=⇒×+=×+ γγ 2 – A água (γ = 9810 N/m3) flui para baixo ao longo de um tubo com inclinação de 300 com relação a horizontal. A diferença de pressão é devido parcialmente a gravidade e parcialmente ao atrito. Determine a diferença de pressão entre os pontos A e B para L = 1,52 m e h =0,15m (δmercurio = 13,6). Resposta: 11,1 kPa Resolução ( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ] kPaPPsenPP hLsenhPPhyhPP haPP hayPP BABA OHHgBAOHHgBA HgOHB OHA 1,1115,0º3052,1981015,098106,13 º30 22 2 2 1 1 =−⇒+×−××=− +×−×=−⇒+×−×=− ×+×+= ++×+= γγγγ γγ γ 3 – Um tanque retangular, aberto para a atmosfera, está cheio de água até a profundidade de 2,5 m. Um manômetro em U é conectado ao tanque num local a 0,7 m acima do fundo do tanque. Se o nível zero do fluido, óleo Merian azul (δ=1,75) for 0,2 m abaixo da conexão, determine a deflexão l após a instalação do manômetro e remoção de todo o ar no tubo de conexão. Resposta: 1,6 m Resolução ( ) ml lllldDD lP ldDDP olOH ol OH 6,1 *)9810*75,1 2 2,07,05,2*9810 2 2 21 1 211 2 2 = = ++−⇒×= ++−× ×= ++−×= γγ γ γ 4 – Um reservatório manométrico tem tubos verticais com diâmetros D= 18 mm e d=6mm. O liquido manométrico é o óleo Merian Vermelho (δ= 0,827). Determine a deflexão do líquido quando uma pressão diferencial é aplicada (∆p) for de 25 mm de coluna de água (manométrica). Resposta: x = 3mm e L= 27 mm Resolução ( ) ( ) ( ) ( ) mL mxxx xLLdxD xLP sobeoleodesceoleo ol 027,0 003,099810*827,09810*025,0 9* 4 * 4 ) 22 = =⇒+×= =⇒=⇒∀=∀ +×=∆ pipi γ 5 - Um reservatório com 5 m de altura e fechado para a atmosfera, cuja cota de fundo se encontra a 980 m acima do nível do mar, tem uma lamina d’água de 3 m, e é ligado a uma tubulação que passa pelo ponto A, a 950 m de cota, e finaliza no ponto B, na cota 965 m, onde se localiza um registro fechado. Caso se determine que a pressão máxima no registro seja de pressão de 300 kPa. Determine: a) as cargas, altimétricas e piezométricas, efetivas dos pontos A, B e a pressão máxima na superfície da água; Resposta: ZA=950 m; PA/γ = 45,58 m; ZB=965 m; PA/γ = 30,58 m; Par=123.409,81 Pa. b) as cargas, altimétricas e piezométricas, absolutas dos pontos A e B; Resposta: ZA=950 m; PA/γ = 55,91 m; ZB=965 m; PA/γ = 40,91 m; c) a pressão efetiva no ponto A em Pa e Kgf/m2. ; Resposta: PA = 447,12 kPa ou 45.580 kgf/m2 d) Se a pressão máxima no registro fosse de 100 kPa qual seria a pressão na superfície da água. Resposta: -76,58 kPa Resolução e) kPaPPc m P m P mZmZ Paatmpressãoadoconsideranb PaP PP Z P Z m PP P ZH P Z m P mZmZa ar ar B B BA ar arB B ar AA B B A A B BA 58,76 9810 100000965983) 91,55 9810 300.10158,45 91,40 9810 300.101 9810 300000 ;965;950 101300) 81,409.123 9810 300000965983 58,45 9810 300000965950 58,30 9810 300000 ;965;950) 0 −=⇒+=+ =+= =+=== = =⇒+=+⇒+=+ =⇒+=+ +==+ ==== γ γ γ γγγ γγ γγ γ 6 – Um tubo em U com hastes de diâmetros diferentes está cheio de mercúrio a 20○C. Calcule a força aplicada no pistão. Resposta: 20,1 N Resolução ( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ] NF A F H A FhH A F A W figura h A W figura maior Hg maior HgHg maiormaior Hg maior 1,20025,015,0*9810*6,13 ))) 2 ) 1 =⇒−= ×=×⇒×=+ ×= γγγ γ 7 – Um aluno deseja projetar um manômetro com sensibilidade melhor que um tubo em U cheio de água, de diâmetro constante. A concepção do aluno envolve o emprego de tubos com diâmetros diferentes e dois líquidos. Avalie a deflexão, h, desse manômetro, se a diferença de pressão aplicada for ∆p = 250 N/m2. Resposta: h=7,8 mm Analisando pela linha de equilíbrio inicial onde as pressões nas duas situações serão iguais, pois se tem o mesmo fluido a mesma altura - Primeira situação zxzpxpp oleoOHoleoatmOHatm ×+=×⇒×+=×+= γγγγ 22 - Segunda situação yzplppp OHoleoatmOHatm ×+×+=×+∆+= 22 γγγ a altura de óleo não muda somente é deslocada por isso permanece a altura z. yzlp OHoleoOH ×+×=×+∆ 22 γγγ chamando a diferença de altura x – l de w, verificamos que l = x – w. Logo yzwxp OHoleoOH ×+×=−×+∆ 22 )( γγγ como pela primeira situação verifica-se que zx oleoOH ×+=× γγ 2 substituindo yxwxp OHOHOHOH ×+×=×−×+∆ 2222 γγγγ logo ( )wypywp OHOHOH +×=∆⇒×=×−∆ 222 γγγ como y = h, pois a altura que subiu de fluido no lado direito tem de ser o mesmo, e a relação entre as alturas dos dois lados se encontram no fato do volume ser constante ywywy d d wy d w d 25,2 10 15 44 2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 =⇒=⇒×=⇒×=× pipi Substituindo y por h e a relação entre w e y. ( ) mmhh m N m Nhhp OH 8,725,3*981025025,2 322 =⇒=⇒+×=∆ γ 8 – Em uma prensa hidráulica, o êmbolo menor tem área de 10cm2 enquanto o êmbolo maior tem sua área de 100 cm2. Quando uma força de 5N é aplicada no êmbolo menor, qual o deslocamento do êmbolo maior, considerando que o fluido da prensa é óleo (δ=0,75)? Resposta: h= 0,617 m, e x = 0,062 m ou 62 cm Primeira situação Segunda situação Chamando a altura inicial dos dois fluidos de l teremos na segunda situação )()( )()( yx A F xy A F Assim xlyl A Fp oleooleooleo oleooleof +×==⇒×=−×= +×=−×+= γγγ γγ Como os volumes deslocados são iguais xyoxy 10log10010 =⇒= substituindo ( )[ ] mmymy mmxmx x N x A F xx A F oleooleo 617617,0 62062,0 1175,09810 1010 5)11()10( 4 =⇒= =⇒= ××= × ⇒×=⇒+×= − γγ 9 – Na figura abaixo o tanque contém água e óleo imiscíveis a 20 ºC. Qual o valor de h em cm se a massa específica do óleo é 898 kg/m3? Resolução mh Assim hp águaáguaoleof 08,0 )08,012,006,0()08,0()12,0( = ++×=×++×= γγγ 10 – O sistema da figura abaixo está a 20 ºC. Se a pressão atmosférica, que atua na superfície, é 101,33 kPa e a pressão absoluta no fundo do tanque é 242 kPa, qual é a densidade do fluido X. Resolução ( ) ( ) 55,1 9810 4,15236 /4,15236 )5,0(9810*6,13)3()2(9810)1(9810*88,0101330242000 )5,0()3()2()1( 3 == = ×+×+×+×=− ×+×+×+×= x x x Hgxáguaoleof mN p δ γ γ γγγγ 11 – Na figura abaixo o fluido 1 é óleo (δ=0,87) e o fluido 2 é glicerina(δ=1,26) a 20 ºC. Se a pressão Pa = 98 kPa, determine a pressão no ponto A. Resolução A pressão na interface entre os líquidos é a mesma no outro tramo do manômetro a mesma altura. Assim chamaremos este ponto de 1. kPaP P PPP A A gliaoleoA 5,109 )32,0(9810*26,198000)1,0(9810*87,0 )32,0()1,0(1 = ×+=×+ ×+=×+= γγ 12 – Determine a diferença de pressão entre os pontos A e B, da figura abaixo, sabendo que os fluidos estão a 20 ºC. Resolução PaPP PP PP PP PP PP PP PPPP PP BA BA boláguaolQHgBA olaguaQHgbAB olB aguaQHgbA água QHgbAQHg bA 04,729.5 2,0*9810*95,209,0*9810*68,026,0*981032,0*9810*89,008,0*9810*6,13 )2,0()09,0()26,0()26,0()32,0()08,0( )09,0()26,0()32,0()08,0()2,0( )09,0( )26,0()32,0()08,0()2,0( )14,04,0( )32,0()08,0()2,0()08,04,0()08,0()2,0( 3 3 23 212 1 =− −+−+=− ×−×+×−×−×+×=− ×−×+×−×−×+= ×−= ×+×−×−×+= −×+= ×−×−×+=⇒−×−×−= ×+= γγγγγγ γγγγγ γ γγγγ γ γγγγγ γ 13 – Considere o escoamento de água em um tubo inclinado de 30 º, como mostra a figura abaixo. O manômetro de mercúrio (δ=13,6) deflexão de h = 12 cm. Ambos os fluidos está a 20ºC. Qual a diferença de pressão P1-P2 no tubo? Resolução ( ) kPaPP senPP hsenPP hPP HgáguaA águaA 6,24 12,0*9810*6,1312,0302*9810 )()302( )( 21 21 2 1 =− +−=− ×+×+= ×+= γγ γ 14 – Na figura abaixo o tanque e o tubo estão abertos para a atmosfera. Se L = 2,12 m, qual é o ângulo de inclinação do tubo? Resolução [ ] º12,25 )12,2()5,0()5,0(8,0 )()5,0()5,0( )( )5,0()5,0( = =+× ÷×=×+× ×= ×+×= θ θ γθγγγ θγ γγ sen Lsen LsenP P águaáguaáguaol águaf águaolf 15-Na figura abaixo determine a pressão manométrica no ponto A em Pa. Ela é mais alta ou mais baixa que a atmosférica? Resolução ( ) [ ] ( ) atmA A águaHgolA PkPaP P P ∠−= +−= +−= 5,15 15,0*981015,0*9810*6,134,0*9810*78,0 15,0*15,0*4,0* γγγ 16- Dois reservatórios com água são conectados a um manômetro em U invertido com óleo (δ=0,8) com fluido manométrico. Determine a diferença de altura entre os dois reservatórios para que a condição de equilíbrio ocorra uma deflexão de óleo de 25 cm. Resolução ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) mllhhllhh llhh hllh hP llhPlPP lhPlPP hP BABA águaolBAágua BáguaolAágua Báguac olAáguacolbc Aáguabáguaab Aáguaa 05,08,0*8,0 ** *** * *** ** * =−=−⇒−=−− ÷−=−− =+− = +−=⇒+= −=⇒−= = γγγ γγγ γ γγγ γγ γ 17 – Um reservatório fechado possui ar comprimido a 250 kPa, água (γ=1000 kgf/m3) e mercúrio (δ=13,6). Esse reservatório possui dois compartimentos como mostrado no esquema. Determine as leituras das pressões indicadas pelos manômetros de bourdon. Resolução kPaP P PP manometro kPaP P PP manometro águaar Hgáguaar 56,272 3,2*9810250000 3,2* 2 45,371 9810*8,0*6,135,1*9810250000 8,0*5,1* 1 = += += = ++= ++= γ γγ 18- Um reservatório aberto para a atmosfera está situado à cota 862 m. Uma adutora acoplada a esse reservatório, passa pelo ponto intermediário na cota 832 e possui um registro fechado em sua extremidade de jusante, situado à cota 850 m. A pressão atmosférica é de 680 mm de mercúrio. Para essa situação pede-se: a) o nível do reservatório para que no ponto intermediário a pressão seja de 350 kPa; b) as cargas altimétrica, piezométrica e total efetiva para o reservatório, ponto intermediário e registro; c) as cargas altimétrica, piezométrica e total absoluta para o reservatório, ponto intermediário e registro. água mercúrio Ar comprimido 0,8 m 1,5 m d) mH m P m P m P mZmZmZ m P PaPc m P m P PhPZHPZ m P mZmZmZb mhh P ZH P Z m P mZa abs B abs B abs A CBA atm atm C B CB C A A A CBA B B A A C A 92,876 92,2624,968,17 92,4424,968,35 92,1424,968,5 850;832;862 24,9 9810 88,90722 88,722.909810*6,13*68,0) 68,35 9810 350000 68,17 85068,5862 68,5 850;832;862) 68,5 9810 350000850862 58,30 9810 350000 ;862) = =+= =+= =+= === == == == = +=+⇒+==+ = === =⇒+=+ +==+ === γ γ γ γ γ γ γγγ γ γγ γ 19- Uma comporta plana semicircular AB é articulada ao longo de B e suportada pela força horizontal FA aplicada em A. O líquido a esquerda da comporta é água. Calcule a força FA requerida para o equilíbrio (Re:FA=366kN). Resolução kNFF yFF M my mRI Ay I yy kNsenF m RA m Ry AsengyAPF AA RA B xx c xx c R c cR 366)82,68(*1,9333* )'8(*3* 0 82,6 73,6*14,14 89,873,6' 89,8*10976,0 ' 1,93314,14º*90*73,6*81,9*1000 14,14 2 3* 2 73,6 3 3*48 3 48 44 2 22 0 =⇒−= −= = =+= == += == === =−=−= += ∑ pipi pipi θρ 20 - A comporta AB, feita de ferro fundido (massa=425kg), é articulada em A e possui 1,2m de comprimento. Determina a força exercida no batente, localizado em B, para que a comporta se mantenha fechada. (δglicerina = 1,2)(Re: FB=13,46 kN) Glicerina 2 m B A 1m 60º Resolução ( ) ( ) kNFF y sen FconWsenF my m LBI Ay I yy kNsenF mA m sen y AsengyAPF BB RB A xx c xx c R c cR 82,10)86,131,2(*68,2324225,0*81,9*42587,0* )' º60 2(*º605,0*º601* 0 86,1 2,1*81,1 1,081,1' 1,0 12 1*2,1 12 * ' 68,242.232,1º*60*81,1*81,9*1000*26,1 2,12,1*1 81,15,0 º60 2 4 33 2 0 =⇒−=+ −=+ = =+= === += == == =−= += ∑ θρ