A Lista de Fenômenos do Transporte

INTRODUÇÃO AOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE

1ª LISTA DE EXERCÍCIOS

Prof.: Agnaldo Luís Guolo Data da entrega: 14/04/2020

Conceitos fundamentais dos fluidos

1. A massa específica de um fluido é 610 kg/m3. Determinar o peso específico e a densidade. R.: 5978 N/m3 e 0,610
2. Um tanque de ar comprimido contém 6 kg de ar a 80 oC, com peso específico de 38,68 N/m3. Determine o volume do tanque. R.: 1,52 m3
3. Uma placa quadrada de 1 m de lado e 20 N de peso, desliza sobre uma película de óleo em plano inclinado de 300. A velocidade da é placa é constante e igual a 2 m/s. Qual é a viscosidade dinâmica do óleo se a espessura da película é 2 mm ? R.: 0,01 N.s/m2
4. Um recipiente contém 30 kg de água (γ = 9800 N/m3 ) e está completamente cheio. Após algum tempo 2/3 (dois terços ) da água do recipiente é consumida e o recipiente é novamente completado, desta vez com um óleo leve (γ = 7742 N/m3 ) que, evidentemente, sobrenada sobre a água. Para estas novas condições, determine a massa total de fluido ( óleo + água ) presente no recipiente. R.: 25,8 Kg
5. Explique os fenômenos e conceitos abaixo:

1. Ponto de descolamento e Esteira num escoamento externo;
2. Camada limite hidrodinâmica;
3. Fluidos Newtonianos.

1. Represente a camada limite hidrodinâmica de um fluido viscoso incompressível escoando sobre uma placa plana semi-infinita, mostrando as regiões de escoamento laminar e turbulento. Representar U∞ , o perfil de velocidades (linear) no ponto x=x1 , a espessura da camada limite δ em x=x1 , sendo x=x1 um ponto da região de regime laminar. Qual é a velocidade fora da região da camada limite?
2. Duas placas de grandes dimensões são paralelas. Considerando que a distância entre as placas é de 5 mm e que este espaço está preenchido com um óleo de viscosidade dinâmica 0,02 N.s/m2, determine a força necessária para arrastar uma chapa quadrada de 1 m de lado, de espessura 3 mm, posicionada a igual distância das duas placas, a uma velocidade constante de 0,15 m/s.

8)[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]

R.: 6 N

1. Duas placas de grandes dimensões são paralelas. Considerando que a distância entre as placas é de 5 mm e que este espaço está preenchido com um óleo de massa especifica ρ=900 kgf/ m3 viscosidade dinâmica 0,02 N.s/m2, e que no óleo a velocidade varia conforme a função u(y)=y3+y2, pede-se:[pic 16][pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21][pic 22][pic 23][pic 24][pic 25][pic 26][pic 27]

Pede-se:[pic 28][pic 29]

1. Calcular a viscosidade cinemática desse líquido nas unidades do SI e em stokes;
2. Calcular a força necessária para arrastar uma chapa quadrada de 1 m de lado, de espessura 2 mm, posicionada a 1 mm da placa superior e a 2,0 mm da placa inferior, a uma velocidade constante de 0,15 m/s;
3. Representar as tensões tangencias superior e inferior (direção e sentido) na chapa quadrada.

1. Represente as tensões tangenciais superior e inferior (direção e sentido) no movimento de uma placa plana semi-infinita movendo-se para a direita sobre uma placa fixa abaixo dela, com um fluido viscoso entre as duas. A distância entre as placas é “d”.
2. Calcular o número de Reynolds e identificar se o escoamento é laminar ou turbulento sabendo-se que em uma tubulação com diâmetro de 10 cm escoa água com uma velocidade de 0,05 m/s. Considerar: ρágua = 1000 Kg/m3 e viscosidade dinâmica da água: µ = 1,0030 × 10−3 Ns/m².
3. Um líquido bastante viscoso apresenta a tensão de cisalhamento de 11 kgf/cm2 e o gradiente de velocidade igual a 2.900 s-1, suposta a distribuição linear de velocidades. Calcular a viscosidade dinâmica desse líquido kgf.m-2.s. R.: μ=0,00379 kgf.m-2.s

Conservação da massa

1. Um tubo de diâmetro D=800 mm transporta um líquido, sob a velocidade média U = 3,5m/s.  Calcule a vazão em litros/s. R.: 1.759,3 litros/s
2. Em um tubo de 250 mm de diâmetro, a velocidade é de 40 cm/s. Achar a velocidade de um jato d´água de 50 mm de diâmetro, através de um bocal preso ao tubo. R.: U2 = 10 m/s
3. Uma tubulação, formada por dois trechos, apresenta a vazão Q=50 litros/s de um fluido incompressível. A velocidade média é fixada em 101,86 cm/s (no 1º trecho) e em 282,94 cm/s (no 2º trecho). Calcular os respectivos diâmetros. R.: D1 = 0,25 m; D2 = 0,15 m.
4. No escoamento de um fluido incompressível através do dispositivo da figura, as velocidades podem ser consideradas uniformes nas seções de entrada e de saída. São conhecidas as seguintes condições: A1=0,1 m2, A2=0,2 m2, A3=0,15 m2, V1=5 m/s. Se o fluido for água (ρ=1000 Kg/m3), determinar o escoamento em massa da seção 3, m3 (Kg/s) para V2=3 m/s.

[pic 30]

Conservação da quantidade de movimento

1. Água flui através de um bocal instalado no final de um tubo de 50 mm de diâmetro. O diâmetro de saída do bocal é de 25 mm. A vazão é de 53,0 m3/h e a pressão imediatamente na entrada do bocal é de 522 kPa (absoluto). Determinar a força transmitida ao acoplamento entre o bocal e o tubo. R.: R=496 kN.
2. A figura abaixo mostra um sistema tubular de redução. O volume interno da redução é de 0,2 m3 e sua massa é de 25 Kg. Avaliar as forças que devem ser providas pelos tubos adjacentes (Rx e Ry ) para suportar a redução. Indique a direção e sentido das duas reações.

Obs.: pressão manométrica é o mesmo que pressão relativa. R.: Rx=3,40 kN (horizontal para a esquerda) e Ry=1,66 kN (vertical para cima).

[pic 31]

1. Em uma curva de redução (350 mm na entrada e 200 mm na saída) disposta no plano vertical, a vazão é de 0,28 m3/s de água. A pressão na entrada é de 7 mca (figura). Sendo V=0,084 m3 o volume da água contida nessa curva, calcular a reação total R (soma vetorial de Rx e Ry). (1 mca=9,81x103 Pa). R.: R=858 Kgf.

[pic 32]

1. Um jato de querosene, com D=20 mm e U=18 m/s, faz uma deflexão de 90° para cima, sem deformar-se, ao encontrar uma placa fixa. A reação total é de R= 11,012 kgf. Calcular a massa específica do querosene. R.: ρ=75,9 kgf.s2/m4.

Obs.: considerar que a pressão na entrada e na saída são iguais à pressão atmosférica (ou seja p1rel= p2rel=0 para o problema).

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