FENTRAN exercicios p1

Prévia do material em texto

ENG 1011 Fenômenos de Transporte I 
 
 
Lista de Exercícios para P1 
 
1. Manométria 1 
Um tanque repartido contém água e mercúrio conforme mostrado 
na figura. Qual é a pressão manométrica do ar preso na câmara 
esquerda? A que pressão o ar da câmara esquerda deveria ser 
comprimido de modo a levar a superfície da água para o mesmo 
nível da superfície livre na câmara direita? 
 
2. Manométria 2 
Considere um tanque contendo mercúrio, água, benzeno 
e ar conforme mostrado. Determine a pressão do ar 
(manométrica = diferença de pressão entre a pressão do 
ar e a pressão atmosférica). Determine o novo nível de 
equilíbrio do mercúrio no manômetro, se uma abertura 
for feita na parte superior do tanque. 
 
3. Força sobre uma superfície plana submersa 1 
A comporta AOC mostrada na figura tem 6 pés de largura e é articulada em O. 
Desconsiderando o peso da comporta, determina a força na barra AB. A 
comporta é vedada em C. 
 
 
4. Força sobre uma superfície plana submersa 2 
A comporta mostrada na figura tem 3 metros de largura e, para fins de 
análise, pode ser considerada sem peso. Para qual profundidade de água 
esta comporta retangular ficará em equilíbrio como mostrado? 
 
 
5. Força sobre uma superfície plana submersa 3 
Um longo bloco de madeira, de seção quadrada, é articulado 
em uma de suas arestas. O bloco está em equilíbrio quando 
imerso em água a profundidade de água mostrada. Avalie a 
densidade relativa da madeira se o atrito no pivô desprezível. 
 
 
6. Força sobre uma superfície plana submersa 4 
Uma comporta retangular (largura W = 2m) é articulada 
conforme mostrado, com um batente na borda interior. Em que 
profundidade H a comporta estará prestes a abrir? 
 
 
7. Força sobre uma superfície plana submersa 5 
Uma comporta plana semicircular AB é articulada ao longo 
de B e suportada pela força horizontal FA aplicada em A. O 
liquido à esquerda da comporta é água. Calcule a força FA 
requerida para o equilíbrio. 
 
8. Empuxo 
Um cilindro flutua na água como mostrado. Qual é a sua 
densidade relativa? 
 
9. Conservação de massa 1 
No escoamento incompressível através do dispositivo mostrado, as 
velocidades podem ser consideradas uniformes em todas as seções de 
entrada e de saída. As seguintes condições são conhecidas: A1 = 0,1m², A2 
= 0,2m², A3 = 0,15m², V1 = 10exp(-t/2) m/s e V2 = 2cos(2πt) m/s (t em 
segundos). Obtenha uma expressão para a velocidade na seção 3 e trace 
um gráfico de V3 como uma função do tempo. Em que instante V3 torna-
se zero pela primeira vez? Qual é a vazão volumétrica total média na seção 3? 
 
10. Conservação de massa 2 
Água escoa em regime permanente através de um tubo de comprimento L e raio R = 75 mm. Calcule a 
velocidade uniforme na entrada, U, se a distribuição de velocidades na saída é dada por: 
 
 
11. Conservação de massa 3 
Água escoa em regime permanente sobre uma placa 
porosa. Uma sucção constante é aplicada ao longo da 
seção porosa. O perfil de velocidade na seção cd é: 
 
Avalie a vazão mássica através da seção bc. 
12. Segunda lei de Newton 1 
Um tanque, de altura h = 1 m e diâmetro D = 0,6 m, está fixo a um 
carrinho, como mostrado na figura. Água jorra do tanque através de um 
bocal de diâmetro d= 10 mm. A velocidade uniforme do líquido saindo do 
tanque é de aproximadamente √ , onde y é a distância vertical do 
bocal até a superfície livre do líquido. Determine a tração no cabo para y 
= 0,8 m. Trace um gráfico da tensão no cabo em função da profundidade 
de água para a faixa 0 ≤ y ≤ 0,8 m. 
 
13. Segunda lei de Newton 2 
A figura mostra um redutor em uma tubulação o volume 
interno do redutor é 0,2 m
3
 e sua massa é 25 kg. Avalie a 
força total de reação que deve ser feita pelos tubos adjacentes 
para suportar o redutor. O fluido é gasolina. 
 
14. Segunda lei de Newton 3 
Ar entra em um duto, de diâmetro D = 25 mm, através de 
uma entrada bem arredondada com velocidade uniforme, U1 
= 0,870 m/s. Em uma seção a jusante, onde L = 2,25 m, o 
perfil de velocidade inteiramente desenvolvido é: 
 
A queda de pressão entre essas seções é p1-p2 = 1,92 N/m². Determine a força total de atrito exercida pelo 
tubo sobre o ar. 
 
15. Segunda lei de Newton 4 
Uma máquina típica para testes de motores a jato é 
mostrada na figura, juntamente com alguns dados de 
testes. O combustível entra verticalmente no topo da 
máquina a uma taxa igual a 2% da vazão em massa do 
ar de admissão. Para as condições dadas, calcule a 
vazão em massa de ar através da máquina e estime o empuxo produzido. 
Obs: psfg = pounds-force per square foot (gauge) – pressão manométrica em libra-força por pé quadrado. 
 
16. Segunda lei de Newton 5 
O bocal mostrado descarrega uma cortina de água num arco de 
180°. A uma distância radial de 0,3 m a partir da linha de centro do 
tubo de suprimento, a velocidade da água é 15 m/s e a espessura do 
jato é 30 mm. Determine (a) a vazão volumétrica da cortina de água 
que entra pelo tubo de suprimento de diâmetro D, onde a pressão 
absoluta é p1 = 100 kPa (manométrica) e (b) os componentes x, y e 
z da força necessária para manter o bocal estacionário. 
 
 
Dados / Formulário: 
 
 
Respostas: 
1) p = 3,48 kPa (manométrica); 
 p = 123 kPa (manométrica). 
2) pair = 24,7 kPa (monométrica); h = 0,116 m. 
3) FAB = 1800 lbf. 
4). d = 2,66 m. 
5) Densidade relativa = 0,542. 
6) H = 2,17 m. 
7) FA = 366 kN. 
8) d = ¾. 
9) t = 2,39 s; Qtotal = 2 m
3
. 
10) U = 1,5 m/s. 
11) ̇ = 1,42 kg/s (para fora). 
12) T = 1,23 N. 
13) ⃗ ̂ ̂ kN. 
14) F = 7,90.10
-4
 N 
15) T = 65200 lbf. 
16) Q = 0,424 m
3
/s; Fx = 0 kN; Fy = 4,05 kN; 
 Fz = 6,53 kN.