1 Lista de Exercícios 2 Unidade-2022 1

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA DE PETRÓLEO DISCIPLINA: 1111374 - Mecânica dos Fluidos Professor: Edson Araújo Discente: Matrícula: 1° Lista de Exercícios – 2° Unidade 1. A distribuição de velocidades para escoamento laminar em um longo tubo circular de raio R é dada pela expressão unidimensional, Para esse perfil, obtenha expressões para a vazão volumétrica e para o fluxo de quantidade de movimento através da seção normal ao eixo do tubo. 2. Um agricultor está pulverizando um líquido através de 20 bocais com diâmetro interno de 5 mm, a uma velocidade média na saída de 5 m/s. Qual é a velocidade média na entrada do alimentador que possui diâmetro interno igual a 35 mm? Qual é a vazão do sistema, em L/min? 3. Um fluido, com massa específica de 1040 kg/m3, flui em regime permanente através da caixa retangular mostrada. Dados A1 = 0,046 m2, A2 = 0,009 m2, A3 = 0,056 m2, determine a velocidade 3. 4. Em um escoamento a montante em regime permanente, a massa específica é 1 kg/m3, a velocidade é 1000 m/s, e a área é 0,1 m2. A jusante, a velocidade é 1500 m/s, e a área é 0,25 m2. Qual é a massa específica a jusante? 5. Um tanque de volume fixo contém salmoura com massa específica inicial, ρi, maior que a da água. Água pura entra no tanque em regime permanente e mistura-se perfeitamente com a salmoura. O nível do líquido no tanque permanece constante. Deduza expressões para (a) a taxa de variação da massa específica da mistura líquida no tanque, e (b) o tempo requerido para que a massa específica dessa mistura atinja o valor ρf, sendo ρi > ρf > ρH2O. 6. Jatos de água estão sendo usados cada vez com maior frequência para operações de cortes de metais. Se uma bomba gera uma vazão de 63 × 10−6 m3/s através de um orifício de diâmetro 0,254 mm, qual é a velocidade média do jato? Que força (N) o jato produzirá por impacto, considerando como uma aproximação que a água segue pelos lados depois do impacto? 7. Calcule a força requerida para manter o tampão fixo na saída do tubo de água. A vazão é 1,5 m3/s e a pressão a montante é 3,5 MPa. 8. Um dispositivo de formação de jato é mostrado no diagrama. A água é fornecida a p = 10 kPa (manométrica) através da abertura flangeada de área A = 1900 mm2. A água sai do dispositivo em um jato livre, em regime permanente, à pressão atmosférica. A área e a velocidade do jato são a = 650 mm2 e V = 4,6 m/s. O dispositivo tem massa de 0,09 kg e contém V = 196 cm3 de água. Determine a força exercida pelo dispositivo sobre o tubo de suprimento de água. 9. Uma placa plana com um orifício de 50 mm de diâmetro está instalada na extremidade de um tubo de 100 mm de diâmetro. Água escoa através do tubo e do orifício com uma vazão de 0,57 m3/s. O diâmetro do jato a jusante do orifício é 38 mm. Calcule a força externa necessária para manter a placa de orifício no lugar. Despreze o atrito na parede do tubo. 10. A figura mostra um redutor em uma tubulação. O volume interno do redutor é 0,2 m3 e a 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 a gasolina. 11. Considere o escoamento permanente e adiabático de ar através de um longo tubo retilíneo com área de seção transversal de 0,05 m2. Na entrada do tubo, o ar está a 200 kPa (manométrica), 60°C e tem uma velocidade de 150 m/s. Na saída, o ar está a 80 kPa, com velocidade de 300 m/s. Calcule a força axial do ar sobre o tubo. (Certifique- se de estabelecer com clareza o sentido da força.) 12. Estudantes estão brincando com uma mangueira de água. Quando eles a apontam para cima, o jato de água atinge apenas uma das janelas do escritório do professor Pritchard, a 12 m de altura. Se o diâmetro da mangueira é de 0,8 cm, estime a vazão de água (L/min). O professor Pritchard desce e coloca sua mão um pouco acima da mangueira, obrigando o jato a sair pelos lados assimetricamente. Estime a pressão máxima e a força total que ele sente. No dia seguinte, os estudantes estão brincando novamente; dessa vez, a meta é a janela do professor Fox, 17 m acima. Ache a vazão (L/min) e a força total e a pressão máxima quando ele, naturalmente, aparece e bloqueia o escoamento. 13. Um disco de 3 kg é restringido horizontalmente, mas está livre para mover na direção vertical. O disco é atingido por baixo por um jato vertical de água. Na saída do bocal, a velocidade e o diâmetro do jato de água são 15 m/s e 35 mm. Obtenha uma expressão geral para a velocidade do jato de água como uma função da altura, h. Determine a altura que o disco subirá e permanecerá estacionário. 14. O prato circular, cuja seção reta é mostrada, tem um diâmetro externo de 0,20 m. Um jato de água, com velocidade de 35 m/s, atinge o prato concentricamente. O diâmetro do jato saindo do bocal é 20 mm e o prato distancia-se do bocal a uma velocidade de 15 m/s. O disco tem um orifício central que permite a passagem sem resistência de uma corrente de água com 10 mm de diâmetro. O restante do jato é defletido e escoa pelo prato. Calcule a força requerida para manter o movimento do prato. 15. Um jato de ar horizontal com 13 mm de diâmetro, e axialmente simétrico, atinge um disco estacionário vertical com 203 mm de diâmetro. A velocidade do jato é de 69 m/s na saída do bocal. Um manômetro está conectado ao centro do disco. Calcule (a) a deflexão, h, se o líquido do manômetro tem densidade relativa SG = 1,75 e (b) a força exercida pelo jato sobre o disco.