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LISTA DE EXERCÍCIOS - PRA FENÔMENOS DE TRANSPORTE

A - Viscosidade 1. (Exercício 1.1, pág. 11, Brunetti) A viscosidade cinemática ν de um óleo é de 0,028 m2/s e o seu peso específico relativo r é de 0,85. Encontrar a viscosidade dinâmica µ em unidades dos sistemas MKS, CGS e SI. Dado: g = 9,81 m/s2, 1 kgf = 9,81 N, 1 N = 105 dina. Resp.: μMK*S = 2,43 kgfs/m2; μCGS = 238 dinas/cm2; μSI = 23,8 Ns/m2. 2. (Exercício 1.3, pág. 11, Brunetti) O peso de 3 dm3 de certa substância é 23,5 N. A viscosidade cinemática é 10-5 m2/s. Se g = 9,81 m/s2, qual será a viscosidade dinâmica μ nos sistemas SI, MK*S e CGS? Dado: 1 d (decímetro) = 10-1 m. Resp.: μ SI = 7,99 × 10-3 Ns/m2; μ MK*S = 8,14 × 10-4 kgfs/m2; μ CGS = 7,99 × 102

poise.

3. (Exercício 1.4, pág. 12, Brunetti) São dadas duas placas planas paralelas à distância de 2 mm. A placa superior move-se com velocidade de 4 m/s, enquanto a inferior é fixa. Se o espaço entre as placas for preenchido com óleo (ν = 0,1 St; ρ = 830 kg/m3), qual será a tensão de cisalhamento que agirá no óleo? Resp.: τ = 16,6 N/m2. 4. (Exercício 1.5, pág. 12, Brunetti) Uma placa quadrada de 1.0 m de lado e 20 N de peso desliza sobre um plano inclinado de 30°, sobre uma película de óleo. A velocidade da placa é de 2 m/s constante. Qual a viscosidade dinâmica do óleo se a espessura da película é de 2 mm?

Resp.: μ = 10-2 Ns/m2.

5. (Exercício 1.6, pág. 12, Brunetti) O pistão da figura tem uma massa de 0,5 kg. O cilindro de comprimento ilimitado é puxado

para

cima

com

velocidade

constante. O diâmetro do cilindro é 10 cm e do pistão é 9 cm e entre os dois existe óleo com ν = 10-4 m2/s e γ = 8000 N/m3. Com que velocidade deve subir o cilindro para que o pistão permaneça em repouso? Dados: g = 9,81 m/s2; Scircunferência = πD. Resp.: V = 21,27 m/s.

6 . Duas superfícies grandes planas estão separadas por um espaço de 25 mm. Entre elas encontra-se óleo de massa específica de 850 kg/m 3 e viscosidade cinemática igual a 7,615x10-5 m2/s. Determinar a força necessária para puxar uma placa muito fina de 0,4m2 de área a uma velocidade de 0,15 m/s que se move equidistante entre ambas as superfícies. 7. (Exercício 1.15, pág. 15, Brunetti) A placa da figura tem uma área de 4 m2 e espessura desprezível. Entre a placa e o solo existe um fluido que escoa, formando um diagrama de velocidades dado por V = 20y·Vmax·(1 − 5y). A viscosidade dinâmica do fluido é 10−2 Ns/m2 e a velocidade máxima do escoamento é 4 m/s. Pede-se: a) o gradiente de velocidades junto ao solo; b) a força necessária para manter a placa em equilíbrio

. Resp.: a) −80 s−1; b) 3,2 N.

B - Estática dos Fuidos, Manometria

8. (Exercício 2.2, pág. 50, Brunetti) Aplica-se uma força de 200 N na A na figura. Qual é a força F que deve ser alavanca AB, como é mostrado exercida sobre a haste do cilindro para que o sistema permaneça em equilíbrio? Dado: 𝐴círculo = 𝜋𝑅 2 , 𝑀 = 𝐹𝑑, ∑ 𝑀𝑖 = 0. Resp.: 𝑭 = 10 kN.

B

9. (Exercício 2.5, pág. 50, Brunetti) O manômetro da figura, o fluido A é água e o fluido B, mercúrio. Qual é a pressão 𝑝1? Dados: 𝛾𝐻𝑔 = 136000 N/m3; 𝛾𝐻2 𝑂 = 10000 N/m3. Resp.: 𝒑𝟏 = 13,35 kPa.

10. A figura abaixo apresenta esquematicamente um manômetro. Pede-se a diferença de pressões entre os pontos A e B em Pascal, conhecendo-se os seguintes dados dos pesos específicos e alturas: 1 = 104 N/m3, 2 = 13,6  104 N/m3, 3 = 0,8  104 N/m3,

h1 = 1,0 m,

h2 = 2,0 m,

h3 = 2,5 m,

h4 = 5,0 m.

11. No piezômetro inclinado da figura, 𝛾1 = 800 kgf/m3 e 𝛾2 =1700 kgf/m3, 𝐿1 = 20 cm e 𝐿2 = 15 cm e 𝛼 = 30°. a) Qual a pressão efetiva em Pa no ponto 𝑃1 ? b) Qual é a pressão absoluta em mca no ponto 𝑃1 ? Dados: 1 atm = 101230 Pa = 10330 kgf/m2 = 10,33 mca. Resp.: a) 𝒑𝐞𝐟𝟏 = 2033,42 Pa, b) 𝒑𝐚𝐛𝐬𝟏 = 10,54 mca. 12. (Exercício 2.6, pág. 51, Brunetti) No manômetro diferencial da figura, o fluido A é água, B é óleo e o fluido manométrico é mercúrio. Sendo h1 = 25 cm, h2 = 100 cm, h3 = 80 cm, e h4 = 10 cm, qual é a diferença de pressão pA – pB? Dados: Dados: 𝛾𝐻𝑔 = 136000 N/m3; 𝛾𝐻2 𝑂 = 10000 N/m3; 𝛾ó𝑙𝑒𝑜 = 8000 N/m3. Resp.: pA – pB = –132,1 kPa.

13. (Exercício 2.8, pág. 51, Brunetti)

Determinar as pressões efetivas e

absolutas: a) do ar; b) no ponto M na configuração a seguir. Dados: leitura barométrica da pressão atmosférica 740 mmHg; 𝛾ó𝑙𝑒𝑜 = 8500 N/m3; 𝛾𝐻𝑔 = 136000 N/m3; 𝛾𝐻2 𝑂 = 10000 N/m3. Resp: a) pAref = 34 kPa, pArabs = 132,57 kPa; b) pMef = 36,55 kPa, pMabs = 135,12 kPa.

14. Dado o dispositivo da figura, onde h1 = 25 cm, h2 = 10 cm e h3 = 25 cm, h4 = 25 cm, calcular: a) a pressão do Gás 2; b) a pressão do Gás 1, sabendo que o manômetro metálico indica uma pressão de 15000 N/m2; c) A pressão absoluta do Gás 1, considerando que a pressão atmosférica local é 730 mmHg. Dados: γóleo = 8000 N/m3; γHg = 133280 N/m3; γágua = 9800 N/m3. Resp: a) pG2 = 32970 Pa; b) pG1 = 17970 Pa; pABS,G1 = 115204,08 Pa.

C - Empuxo e Peso Aparente 15. (Exemplo 14.5, pág. 69, Halliday & Resnick, V2, 8ª Ed.) Um bloco de massa específica de B = 800 kg/m3 flutua em um fluido de massa específica F = 1200 kg/m3. O bloco tem uma altura H = 6 cm. Qual é a parte h que fica submersa do bloco? . Resp.: h = 4 cm. 16. (Exercício 2.45, pág. 63, Brunetti) Um cilindro, de peso específico 𝛾𝑐 = 5000 N/m3, flutua num líquido, conforme mostra a Figura 1. Sob a ação de uma força 𝐹 = 10000 N, o cilindro permanece na posição indicada na

Figura

2.

Determinar os pesos específicos

dos

líquidos A e B. Dado: área da base do cilindro = 1 m2. Resp.: 𝜸𝐀 = 15000 N/m3; 𝜸𝐁 = 25000 N/m3.

17. Numa barragem de concreto está instalada uma comporta circular de ferro fundido com 0,20 m de raio, à profundidade indicada (figura). Determinar o empuxo que atua na comporta (utilizar sistema MKS*). Resp.: F = 528 kgf

18. A figura mostra uma comporta de largura b = 2 m, instalada no fundo de um reservatório de água. Algumas dimensões estão indicadas na figura. Determinar o módulo do empuxo.

Obs.: Utilize a altura do centro de massa

D - Vazão, Equação de Continuidade 19. (Exercício 3.5, pág. 79, Brunetti) Em um tubo convergente, determinar a vazão em volume, em massa e a velocidade média na seção (2), sabendo que o fluido é água e que A1 = 10 cm2 e A2 = 5 cm2. Dados:

H2O = 1000 kg/m3 e V1 = 1 m/s. Resp.: 𝒎̇𝟏 = 1 kg/s; Q = 1 l/s; V2 = 2 m/s. 20. (Exercício 3.7, pág. 79, Brunetti) Um tubo admite água (ρ1 = 1000 kg/m3) num reservatório com uma vazão de 20 L/s. No mesmo reservatório é injetado óleo (ρ2 = 800 kg/m3) por outro tubo com uma vazão de 10 L/s. A mistura homogênea formada é descarregada por um tubo cuja seção tem uma área de 30 cm2. Determinar a massa específica da mistura no tubo de descarga e a velocidade da mesma. Resp.: ρ3 = 933,3 kg/m3; V3 = 10 m/s.

21. (Exercício 3.17, pág. 83, Brunetti) Um propulsor a jato queima 1 kg/s de combustível quando o avião voa à velocidade de 200 m/s. Sabendo que a massa específica do ar = 1,2 kg/m3, a massa específica dos gases exaustos do propulsor na seção (2) é g = 0,5 kg/m3, a área da seção (1) é A1 = 0,3 m2 e a área da seção (2) é A2 = 0,2 m2, determine a velocidade dos gases na seção (2). Resp.: V2 = 730 m/s.

22. Ar escoa em um tubo divergente, conforme a figura abaixo. A área da menor seção do tubo é 50 cm2 e a da maior seção é 100 cm2. A velocidade do ar na seção (1) é 18 m/s enquanto que na seção (2) é 5 m/s. Sendo a massa específica do ar na seção (1) é 0,026 kg/m3, determine:

a) a massa específica do ar na seção (2); b) a vazão em massa de ar nas seções (1) e (2); c) a vazão em volume de ar nas seções (1) e (2). Dados e informações adicionais: considere regime permanente e lembre-se que o ar é um fluido compressível e portanto somente a vazão em massa é conservada. Resp.: a) 2 = 0,0468 kg/m3; b) Qm1 = 0,00234 kg/s e Qm2 = 0,00234 kg/s; c) Q1 = 0,09 m3/s e Q2 = 0,05 m3/s 23. Água a 20 oC escoa em regime permanente através da bifurcação de tubulação mostrada na figura ao lado, entrando na seção (1) com vazão volumétrica de 75 L/min. Os diâmetros nas seções (1) e (2) são iguais a 2 cm. A velocidade média na seção (2) é

2,5 m/s. Uma porção do

escoamento é desviada para um chuveiro que contem 100 orifícios de 1 mm de diâmetro. Considerando uniforme o escoamento na ducha, determine a velocidade de saída dos jatos do chuveiro.

E - Equação de Bernoulli 24. (Ex. 4.1, pág. 107, Brunetti) Determinar a velocidade do jato do líquido, no orifício do tanque de grandes dimensões da figura. Considerar fluido ideal. Resp.: 𝑽 = √𝟐𝒈𝒉.

25. - Quais são as vazões de óleo em massa e em peso no tubo convergente da figura, para elevar uma coluna de 20 cm de óleo no ponto 0?

Dados:

desprezar as perdas; 𝛾óleo = 8000N/m³; g = 10m/s2. Resp.: a) Qm = 2,1 kg/s; b) Qp = 21 N/s.

26. - (Ex. 4.4, pág. 107, Brunetti) Um tubo de Pilot é preso num barco que se desloca a 45 km/h. Qual será a altura 𝒉 alcançada pela água no ramo vertical? Considere a base do tubo a uma profundidade 𝑎. Dado: 𝑔 = 9,81 m/s2. Resp.: 𝒉 = 7,96 m/s.

27 - A água escoa por um tubo cilíndrico e convergente como mostra a figura ao lado. Determine a vazão em volume de água em L/s sabendo-se que a diferença de altura no manômetro é constante e igual a 𝐻 = 0,45 m e que o diâmetro da saída é 𝐷 = 0,05 m. Dados: g = 10 m/s2; 𝛾𝐻2 𝑂 = 10.000 N/m2.

28 . - A água contida em um reservatório elevado, de grandes dimensões, alimenta por gravidade a linha de engarrafamento, em uma fábrica de água mineral gasosa, conforme mostra a figura. O reservatório é pressurizado e o manômetro no topo indica uma pressão de 50 kPa. O diâmetro da tubulação de descarga é 1,6 cm. Considerando a água um fluido ideal, determine a vazão da água mineral na saída do tubo. Dado: g = 9,8m/s2. Resp.: Q2 = 3,46 L/s.