Mecânica dos fluídos

Exercício-01

As cabeças borrifadoras num sistema agrícola devem ser supridas com água através de 500 pés de tubo de PVC utilizando uma bomba acionada por motor de combustão interna. Na sua faixa de operação de maior eficiência, a vazão de descarga da bomba é de 1500 gpm a uma pressão não superior a 65psig. Para uma operação satisfatória, os borrifadores devem trabalhar a 30psig ou mais. As perdas localizadas e as variações de elevação podem ser desprezadas. Determine a perda de carga distribuída.

(Dados: r=998kg/m3, u=1,02×10-6m2/s,  ePVC=0,015mm, LPVC=152m, 1psi=6897Pa)

Resposta: 24,6m

Exercício-02

Após a construção de uma barragem, detectou-se a presença de uma camada permeável de espessura uniforme igual a 20 m e que se estende ao longo de toda a barragem, cuja seção transversal está ilustrada abaixo. Essa camada provoca, por infiltração,a perda de volume de água armazenada. Sabe se que, sob condições de fluxo laminar, a velocidade de fluxo aparente da água através de um meio poroso pode ser calculada pela Lei de Darcy, que estabelece que essa velocidade é igual ao produto do coeficiente de permeabilidade do meio pelo gradiente hidráulico — perda de carga hidráulica por unidade de comprimento percorrido pelo fluido, ou seja, Dh/l.  A vazão de água através do meio é o produto da velocidade de fluxo pela área da seção atravessada pela água, normal à direção do fluxo. Suponha que o coeficiente de permeabilidade da camada permeável seja igual a 10- 4 m/s, que ocorram perdas de carga hidráulica somente no trecho percorrido pela água dentro dessa camada e que a barragem e as demais camadas presentes sejam impermeáveis. Sob essas condições, a vazão (Q) por unidade de comprimento ao longo da extensão da barragem, que é perdida por infiltração através da camada permeável, satisfaz à seguinte condição:

Resposta: 10-4 m3/s/m < Q <10-3  m3/s/m

Exercício-03

Há uma instalação hidráulica em uma fazenda, conforme a figura abaixo, o sistema que liga os reservatórios A e B, de níveis constantes é constituído por tubulações de diâmetro constante e igual a 0,10m e de comprimento total Leq=100m e, pela máquina M, sendo L=80m. A perda de carga na tubulação é dada por J=0,2v2/2g.  Dessa forma determine o tipo de máquina e a potência fornecida ou retirada no eixo da máquina. Considere g=9,8m/s2, ragua=1000kg/m3, 1cv=735W.

Resposta:  Turbina e Pot=1,67cv

Exercício-04

Água a 20º C (r=100kg/m3) escoa em um tubo de plástico de 8cm de diâmetro com taxa de escoamento de 20L/s. Determine o fator de atrito (f) usando o diagrama de Moody.

Resposta:  0,0143

Exercício-05

Água a 20º C (r=100kg/m3) escoa em um tubo de ferro fundido de 4cm de diâmetro com taxa de escoamento de 20L/s. Determine o fator de atrito (f) usando o diagrama de Moody se a velocidade média for 0,025 m/s.

Resposta:  0,064

Exercício-06

Água a 15º C (r=1000kg/m3) escoa em um tubo de 3,8 cm de diâmetro com vazão de 1,65 L/s. Usando o diagrama de Moody, determine a perda de carga em uma seção de 180m de comprimento se o tubo for ferro galvanizado.  Eq de Darcy-Weisbach: hf=f(L/D)(v2/2g).

Resposta:  16,8m

Exercício-07

Um fazendeiro quer drenar água a 10º C de um lago a 1200m de um campo posicionado a uma distância de 3m abaixo da superfície do lago. Determine o tamanho do tubo de drenagem que deve ser escolhido se ele quiser drenar 700L de água a cada minuto. Utilize o diagrama de Moody para lhe auxiliar.

Resposta:  12,1cm

Exercício-08

Querosene, com viscosidade cinemática de 0,03 cm²/s, é conduzido no interior de um tubo de  ferro galvanizado ao longo da distância de 1000 m,  com vazão de 0,06 m³/s e perda de 0,16m. O diâmetro, em m, é de

Resposta:  0,54

Exercício-09

Considere 70% do rendimento da bomba no interior de um tubo de ferro fundido revestido com asfalto, transportando 55L/s de fluido, 

com viscosidade absoluta de 3.10-3 m²/s e peso especifico de 8500N/m³, a uma distância de 850 m, com perda de carga de 6 m. 

O fator de atrito para promover o escoamento valem aproximadamente

Resposta:  0,0021

Exercício-10

O diâmetro interno, em m, de um tubo de aço que deve transportar 20 L/s de um fluido cuja viscosidade cinemática é de 3.10-6 m²/s, a uma distância de 600 m, com perda de carga de 3 m, é 

Resposta:  0,17

Exercício-11

Considere 70% do rendimento de uma bomba no interior de um tubo de ferro galvanizado com escoamento de 75 L/s de fluido, 

cuja viscosidade absoluta é 3.10-3 m²/s e cuja massa especifica é de 850 kg/m³, a uma distância de 1 km, com perda de carga de 16 m. 

Determine a potência necessária  para promover esse escoamento.

Resposta:  14,5

Exercício-12

A perda de carga num tubo ou canal, é a perda de energia dinâmica do fluido devido à fricção das partículas do fluido entre si e contra as paredes da tubulação que os contenha. Podem ser contínuas, ao longo dos condutos regulares, acidental ou localizada, devido a circunstâncias particulares, como um estreitamento, uma alteração de direção, a presença de uma válvula, etc. A perda de carga localizada provoca acentuada queda de pressão em um pequeno espaço sempre que ocorrer: