LISTA DE EXERCÍCIOS - camada limite

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LISTA DE EXERCÍCIOS: CAMADA LIMITE 
 
 
1. É necessário determinar várias características do escoamento sobre um automóvel. Os testes 
poderão ser realizados em (a) escoamento de glicerina, v∞ = 20 mm/s, em torno de um modelo em 
escala que apresenta 34 mm de altura, 100 mm de comprimento e 40 mm de largura, (b) 
escoamento de ar, v∞ = 20 mm/s, sobre o modelo em escala ou (c) escoamento de ar, v∞ = 25 m/s, 
em torno do automóvel real que apresenta 1,7 m de altura, 5 m de comprimento e 2 m de largura. 
Responda: as características desses escoamentos seriam similares? Explique. 
 
2. Um fluido escoa em regime permanente sobre uma placa plana com velocidade ao longe igual a 3,1 
m/s. Determine a distância em relação ao bordo de ataque da placa em que ocorre a transição do 
regime laminar para o turbulento e estime a espessura da camada limite neste local. Analise o 
impacto da viscosidade cinemática (ν = µ/ρ). Considere os seguintes fluidos: (a) água a 15ºC, (b) ar 
no estado padrão e (c) glicerina a 20ºC. Analisar o impacto da viscosidade cinemática (µ/ρ) na região 
de regime laminar (Resp.: δH2O = 1,14.10-3m, δar = 0,016m, δglicerina = 1,36m) 
 
3. Ar a 15ºC e 1 atm está escoando sobre uma placa plana a 10 m/s. Qual é a espessura da camada 
limite na posição de 0,3 m contados a partir da borda de ataque? Calcular a força de resistência nos 
primeiros 0,3 m da placa que tem 0,3 m de largura. Calcular a velocidade e informar sua direção 
para x = 0,3 m e y = δ/2. (Resp.: δ = 0,01 m; F = 7,98.10-3 N/m2) 
 
4. Considere um escoamento com U = 0,305 m/s ao longo de uma placa plana de 0,305m de 
comprimento. Calcule a espessura da camada limite no final da placa para os dois casos: 
 a) ar (νar = 1,516 x 10-5 m2/s) 
 b) água (νágua = 1,01 x 10-6 m2/s) 
 
5. Ar a 1 atm e 20ºC está escoando em um túnel de vento com uma velocidade de 10 m/s. Qual será a 
força de resistência sobre um cilindro eqüilátero de 0,1 m de diâmetro disposto transversalmente a 
esse escoamento? Se o fluido fosse água a 20ºC, qual seria a força correspondente? 
 
6. Uma barcaça com dimensões aproximadas de 30,5 x 12,2 m move-se à velocidade de 1,03 m/s em 
água doce com temperatura de 14oC, tendo o seu casco mergulhado até uma altura de 0,915 m, 
como mostra a figura. Estimar o arraste de atrito usando a teoria da placa plana sobre o fundo e os 
lados da barcaça. Dados: ρ = 999 kg/m3 ; νágua 14°C = 1,1724 x 10-6 m2/s. (Resp.: FD = 551 N) 
 
 
 
7. O coeficiente de arraste de um carro, nas condições de projeto (1 atm, 70°F e 60 mi/h) deve ser 
determinado experimentalmente em um grande túnel de vento, em um teste em escala real. A área 
frontal do carro é 22,26 ft2. Se a medida da força que age sobre o carro na direção do escoamento 
for 68 lbf, determine o coeficiente de arraste desse carro. (CD = 0,331) 
 
8. Como parte dos esforços contínuos para reduzir o coeficiente de arraste e assim, aumentar a 
eficiência no consumo de combustível dos veículos, o projeto dos retrovisores laterais tem sido 
alterado drasticamente desde uma simples placa circular até uma forma carenada. Determine a 
quantidade de combustível e o dinheiro economizado por ano como resultado da substituição de 
um espelho retrovisor plano de 13 cm de diâmetro por outro com um fundo hemisférico. Suponha 
que o carro percorra 24000 km por ano, a uma velocidade média de 95 km/h. Considere a 
densidade e o preço da gasolina 0,8 kg/L e R$ 2,85/L, respectivamente, sendo o valor calórico da 
gasolina 44000 kJ/kg e a eficiência global do motor igual a 30%. 
 
9. Um superpetroleiro com 360 m de comprimento tem um través de 70 m e um calado de 25 m (vide 
esquema a seguir). Estime a força e a potência, necessários para vencer o arrasto devido ao atrito 
superficial para uma velocidade de cruzeiro de 13 nós, no mar a 10°C. Dados: νágua mar = 1,37.10-6 
m
2/s; 1 nó = 1 milha náutica/h = 6076 ft/h.