LISTA DE EXERCÍCIOS 3 2S 2016 UFFS

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LISTA DE EXERCÍCIOS – 3 
1. Defina as vazões de massa e de volume. Como elas estão relacionadas entre si? 
2. A quantidade de massa que entra em um volume de controle precisa ser igual à massa que sai durante um 
processo com escoamento em regime permanente? 
3. Defina eficiência de turbina, gerador e eficiência combinada de turbina-gerador. 
4. Considere um rio que corre na direção de um lago a velocidade média de 3 m/s e vazão de 500 m3/s em 
um local 90 m acima da superfície do lago. Determine a energia mecânica total da água do rio por 
unidade de massa e o potencial de geração de energia do rio inteiro naquele local. Resposta: Emec = 
0,887 kJ/kg e Potência = 444 MW. 
5. A água subterrânea deve ser bombeada por uma bomba submersa de 3 kW e eficiência de 70% para uma 
piscina cuja superfície livre está 30 metros acima do nível do nível da água subterrânea . O diâmetro do 
tudo é de 7 cm no lado da entrada e 5 cm no lado da descarga. Determine (a) a vazão máxima da água e 
(b) a diferença de pressão através da bomba. Suponha que a diferença de elevação entre a entrada e saída 
da bomba seja desprezível. Resposta: (a) 7,14 x 10
-3
 m
3
/s, (b) 289 kPa 
 
6. 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 diretamente para cima . O tanque está no nível do mar 
e a superfície da água está aberta para a atmosfera. Na tubulação que vai do tanque até o bocal há uma 
bomba que aumenta a pressão da água. Se o jato de água subir até uma altura de 27 m do solo, determine 
a elevação mínima de pressão fornecida pela bomba para tubulação d’água. Resposta: hbomba,u = 7 m, P 
= ghbomba,u = 68,7 kPa 
 
7. A água entra em uma turbina hidráulica por meio de um tubo com 30 cm de diâmetro a uma vazão de 0,6 
m
3
/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 com 1,2 metros. Para uma eficiência combinada de turbina-gerador de 83%, 
determine o resultado total de potência elétrica. Despreze o efeito dos fatores de correção da energia 
cinética. Resposta 55 kW. 
 
8. Água escoa em regime permanente através de um cotovelo de 180°, conforme mostrado. Na entrada do 
cotovelo, a pressão manométrica é 96 kPa. A água é descarregada para a atmosfera. Admita que as 
propriedades são uniformes nas seções de entrada e saída; A1= 2600 mm
2
 , A2 = 650 mm
2
 e V1= 3,05 
m/s. Determine a componente horizontal da força necessária para manter o cotovelo no lugar. R: Rx = -
370N 
 
9. Um cotovelo redutor de 30°C é mostrado na figura. O fluido é água. Avalie as componentes da força que 
devem ser aplicadas pelos tubos adjacentes para manter o cotovelo estático. R: Rx = -1040N Ry = -667 
N 
 
 
10. Um volume de controle de uma seção de bocal tem pressão superficial absoluta de 276 kPa na seção 1 e 
pressão atmosférica de 103 kPa (absoluta) na seção 2 e sobre a superfície externa do bocal, como mostra 
a figura abaixo. Calcule a força de pressão resultante, sendo D1= 75 mm e D2 = 25 mm. R: 764,3 N. 
 
 
11. Água a 20°C escoa em regime permanente através da bifurcação de tubulação mostrada na figura 
entrando na seção 1 com 76 L/min. A velocidade média na seção 2 é de 2,5 m/s. Uma porção do 
escoamento é desviada para um chuveiro, que contém 100 orifícios de 1 mm de diâmetro. Considerando 
uniforme o escoamento na ducha, estime a velocidade de saída dos jatos do chuveiro. Resposta: 6,6 m/s 
 
12. Água a 20°C escoa através de um tubo de 5 cm de diâmetro com uma curva vertical de 180°, como na 
Figura. O comprimento total do tubo entre os flanges 1 e 2 é de 75 cm. Quando a vazão em peso é de 230 
N/s, tem-se P1 = 165 kPa e P2= 134 kPa. Desprezando o peso do tubo, determine a força total que os 
flanges devem suportar para esse escoamento. R: Rx = - 750 N; Ry= 14 N. 
 
 
13. Um tubo de 12 cm de diâmetro, contendo água escoando a 200 N/s, sofre uma restrição por uma placa de 
orifício, como mostra a Figura. O jato de saída tem 25 mm de diâmetro. A pressão no tubo na seção 1 é 
800 kPa (manométrica). Calcule a força F necessária para manter presa a placa de orifício. R: 8240N. 
 
 
14. Quando a bomba da Figura bombeia 220 m3/h de água a 20°C do reservatório, a perda de carga total por 
atrito é de 5 m. O escoamento descarrega através de um bocal para a atmosfera. Calcule a potência da 
bomba em kW entregue para a água. R 33.7 kW 
 
 
1) Por que os líquidos em geral são transportados em tubos circulares? 
2) Considere uma pessoa caminhando primeiro no ar e depois na água à mesma velocidade. Para qual 
movimento o número de Reynolds será mais alto. (Re=vD/ν) 
3) Considere o escoamento laminar de um tubo circular. A tensão de cisalhamento da parede será maior 
perto da entrada ou da saída do tubo? Por que? Qual seria sua resposta se o escoamento fosse 
turbulento? 
4) Qual propriedade de fluido é responsável pelo desenvolvimento da camada limite de velocidade? 
5) Uma pessoa afirma que a tensão de cisalhamento no centro de um tubo circular durante o escoamento 
laminar completamente desenvolvido é zero. Você concorda com isso? Explique.