Propriedades dos Fluidos

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<p>MECÂNICA DOS FLUIDOS</p><p>17 – Um dos ensaios realizados com um densímetro, aparelho utilizado para medir a densidade dos líquidos,</p><p>indica que a densidade do líquido analisado é igual a 1,15. Determine a massa específica e o peso específico</p><p>do líquido analisado. Expresse seus resultados no SI.</p><p>18 – Um reservatório graduado contém 500 mL de um líquido que pesa 6N. Determine o peso específico, a</p><p>massa específica e a densidade deste líquido.</p><p>19 – Um recipiente para transporte de refrigerante pesa 0,153 N e apresenta volume interno igual a 355 mL.</p><p>Sabendo que o recipiente pode conter, no máximo, 0,369 kg de refrigerante, determine o peso específico, a</p><p>massa específica e a densidade do refrigerante. Compare os valores calculados com os da água a 20ºC.</p><p>expresse os resultados no SI.</p><p>Propriedades Básicas do Fluido:</p><p>Exercícios:</p><p>20 – Um teste experimental usando sangue humano a t = 30ºC indica que ele exerce uma tensão de</p><p>cisalhamento de τ = 0,15 N/m2 na superfície A, onde o gradiente de velocidade medido na superfície é 16,8</p><p>s-1. Como o sangue é um fluido não newtoniano, determine sua viscosidade aparente na superfície.</p><p>21 – Duas medições de tensão de cisalhamento em uma superfície e a taxa de variação da deformação por</p><p>cisalhamento na superfície para um fluido foram determinadas por experiência como sendo τ1 = 0,14 N/m2,</p><p>(du/dy)1 = 13,63 s-1 e τ2 = 0,48 N/m2 e (du/dy)2 = 153 s-1. Classifique o fluido como newtoniano ou não</p><p>newtoniano.</p><p>22 – Quando a força P é aplicada à placa, o perfil de velocidade para um fluido newtoniano confinado sob a</p><p>placa é aproximado por u = (12y1/4) mm/s, onde y está em mm. Determine a tensão de cisalhamento dentro</p><p>do fluido em y = 8 mm. Considere µ = 0,5(10-3) N . s/m2.</p><p>23 – Quando a força P é aplicada à placa, o perfil de velocidade para um fluido newtoniano confinado sob a</p><p>placa é aproximado por u = (12y1/4) mm/s, onde y está em mm. Determine a tensão de cisalhamento mínima</p><p>dentro do fluido. Considere µ = 0,5(10-3) N . s/m2.</p><p>24 – O perfil de velocidade para um filme fino de um fluido newtoniano confinado entre uma placa e uma</p><p>superfície fixa é definido por u = (10y – 0,25y2) mm/s, onde y está em mm. Determine a tensão de</p><p>cisalhamento que o fluido exerce sobre a placa e sobre a superfície fixa. Considere µ = 0,532 N.s/m2.</p><p>25 – O perfil de velocidade do escoamento de um óleo numa superfície é dado por u(y) = 2y². Onde u(y) é o</p><p>perfil de velocidade em m/s e y é o afastamento da superfície em metros. O óleo apresenta viscosidade</p><p>absoluta de 0,002 Pa.s. Determine a tensão de cisalhamento a 20 cm da superfície sólida.</p><p>26 - O perfil de escoamento de um fluido numa superfície sólida é dado por u(y)= 2y +3y². Onde u(y) é o</p><p>perfil de velocidade em m/s e y é o afastamento em metros (m). O óleo apresenta viscosidade 1,8 x10 -3</p><p>Pa.s. Determine a tensão de cisalhamento a 10 cm da superfície.</p><p>27 – A viscosidade de um fluido é 5 x 10-4poise. Determine a sua viscosidade dinâmica no SI e no sistema</p><p>britânico gravitacional.</p><p>28 – A viscosidade cinemática do oxigênio a 20ºC e 150 kPa (abs) é 0,104 stokes. Determine a viscosidade</p><p>dinâmica do oxigênio neste temperatura e pressão.</p><p>Neste caso, a viscosidade dinâmica µ é expressa usando uma unidade chamada poise, onde poise = 1</p><p>g/(cm.s), e a viscosidade cinemática ν é medida em stokes, onde 1 stoke = 1 cm2/s.</p><p>Pressão de Vapor:</p><p>29 – A viscosidade da água pode ser determinada usando a equação empírica de Andrade com as constantes</p><p>B = 1,732 x 10-6 N.s/m2 e C = 1863 K. Com essas constantes, compare os resultados do uso dessa equação</p><p>com aqueles listados no Apêndice A para temperaturas de T = 10ºC e T = 80ºC.</p><p>30 – Determine as constantes B e C na equação de Sutherland para o ar se tiver sido determinado</p><p>experimentalmente que, a uma pressão atmosférica padrão e temperatura de 20ºC, µ = 18,3 x 10-6 N.s/m2, e a</p><p>50ºC, µ = 19,6 x 10-6 N.s/m2.</p><p>31 – A cidade de Denver, no Colorado, está a uma elevação de 1610 acima do nível do mar. Determine com</p><p>que temperatura pode-se ferver a água para preparar uma xícara de chá.</p><p>Altura (m) Patm (kPa) Temperatura de ebulição (ºC)</p><p>0 101,33 100</p><p>1000 89,55 96,5</p><p>2000 79,50 93,3</p><p>5000 54,05 83,3</p><p>10000 26,50 66,3</p><p>20000 5,53 34,7</p><p>32 – Com que temperatura você pode preparar uma xícara de chá se subir ao topo do Monte Everest (29000</p><p>pés) e tentar ferver água?</p><p>33 – As lâminas de uma turbinas estão girando na água com uma temperatura de 30ºC. Qual é a menor</p><p>pressão absoluta da água que pode ser desenvolvida nas lâminas para que não haja cavitação?</p><p>34 – Á medida que a água a 40ºC escoa pela contração, sua pressão começa a diminuir. Determine a menor</p><p>pressão absoluta que ela pode ter sem causar cavitação.</p><p>35 – Estime o excesso de pressão numa gota de chuva que apresenta diâmetro igual a 3 mm.</p><p>36 – Um jato d’água, com diâmetro igual a 12 mm, é disparado verticalmente na atmosfera. Observe que,</p><p>devido aos efeitos da tensão superficial, a pressão interna do jato é um pouco maior do que a pressão</p><p>atmosférica. Determine a diferença de pressão detectada no jato que está sendo analisado.</p><p>37 – Um tubo de vidro, aberto e com 3 mm de diâmetro interno é inserido num banho de mercúrio a 20ºC.</p><p>Qual será a depressão do mercúrio no tubo?</p><p>38 – Um tubo aberto, com 2 mm de diâmetro interno, é inserido num banho de álcool etílico e um outro</p><p>tubo, similar ao primeiro mas com 4 mm de diêmetro interno é inserido num banho de água. A altura da</p><p>coluna de líquido formada será maior em que tubo? Admita que o ângulo de contato seja o mesmo nos dois</p><p>casos e que a tensão superficial no álcool e na água são 2,28 x 10-2N/m e 7,34 x 10-2N/m, respectivamente.</p><p>39 – Quando uma lata de refrigerante é aberta, pequenas bolhas de gás são produzidas dentro dela.Determine</p><p>a diferença na pressão entre o interior e o exterior de uma bolha com um diâmetro de 0,02 pol. A</p><p>temperatura em torno dela é 60ºF. Considere σ = 0,00503 lb/pé.</p><p>40 – Determine a distância h que uma coluna de mercúrio no tubo será rebaixada quando o tubo for inserido</p><p>no mercúrio a uma temperatura ambiente de 68ºF. Considere D = 0,12 pol.</p><p>41 – Determine a distância h que uma coluna de mercúrio no tubo será rebaixada quando o tubo for inserida</p><p>no mercúrio a uma temperatura ambiente de 68ºF. Faça um gráfico dessa relação de h (eixo vertical) versus</p><p>D para 0,05 pol ≤ D ≥ 0,15 pol. Dê os valores para os incrementos de ΔD = 0,025 pol. Discuta esse</p><p>resultado.</p><p>Figura para resolução dos exercícios 40 e 41</p><p>Capítulo 2 - Pressão</p><p>Exercícios:</p><p>1 – A água enche a tubulação AB de modo que a pressão absoluta em A é 400 kPa. Se a pressão atmosférica</p><p>for 101 kPa, determine a força resultante que a água e o ar ao redor exercem sobre o tampão em B. O</p><p>diâmetro interno do tubo é 50 mm.</p><p>2 – O recipiente está parcialmente cheio de óleo, água e ar. Determine as pressões em A, B e C. Considere</p><p>γ água=62,4 lb / pés3, γ o=55,1 lb / pés3.</p><p>3 – A água em um lago tem uma temperatura média de 15ºC. Se a pressão barométrica da atmosfera é de</p><p>720 mm Hg, determine a pressão manométrica e a pressão absoluta em uma profundidade d’água de 14m.</p><p>4 – Se a pressão absoluta em um tanque é de 140 kPa, determine a coluna de pressão em mm de mercúrio. A</p><p>pressão atmosférica é de 100 kPa.</p><p>5 – Em 1896, S. Riva-Rocci desenvolveu o protótipo do esfigmomanômetro atual, um dispositivo usado para</p><p>medir a pressão sanguínea. Quando vestido com um punho em torno no braço superior e inflado, a pressão</p><p>de ar dentro do punho era conectada a um manômetro de mercúrio. Se a leitura para a pressão alta (ou</p><p>sistólica) for 120 mm e a pressão baixa (ou diastólica) for 80 mm, determine essas pressões em psi e Pascal.</p><p>6 – Mostre porque a água não seria um bom fluido para usar com um barômetro pelo cálculo da altura à qual</p><p>a pressão atmosférica a elevaria em um tubo de vidro. Compare esse resultado com o do mercúrio.</p><p>Considere γ água = 62,4 lb/ft3, γ Hg = 846 lb/ft3.</p><p>7 – O tanque de armazenamento subterrâneo em um posto de combustível contém</p><p>gasolina até o nível A.</p><p>Determine a pressão em cada um dos cinco pontos identificados. Observe que o ponto B está localizado no</p><p>tubo, e o ponto C está logo abaixo dele, no tanque. Considere ρg = 730 kg/m3.</p><p>Figura do problema 7 e 8.</p><p>8 – O tanque de armazenamento subterrâneo contém gasolina até o nível A. Se a pressão atmosférica é 101,3</p><p>kPa, determine a pressão absoluta em cada um dos cinco pontos identificados. Observe que o ponto B está</p><p>localizado no tubo, e o ponto C está logo abaixo dele, no tanque. Considere ρg = 730 kg/m3.</p><p>9 – O tanque de armazenamento está cheio de um óleo. A tubulação está conectada ao tanque em C, e o</p><p>sistema está aberto à atmosfera em B e E. Determine a pressão máxima no tanque em psi se o óleo atingir</p><p>um nível de F na tubulação. Além disso, em que nível o óleo deveria estar no tanque para que ocorre a</p><p>pressão máxima no tanque? Qual é esse valor? Considere ρo = 1,78 slug/ft3.</p><p>Figura para os problemas 9 e 10.</p><p>10 – O tanque de armazenamento está cheio de um óleo. A tubulação está conectada ao tanque em C, e o</p><p>sistema está aberto à atmosfera em E. Determine a pressão máxima no tanque em psi se o óleo tem uma</p><p>densidade de 1,78 slug/ft3. Onde ocorre a pressão máxima? Suponha que não haja ar preso no tanque e que o</p><p>topo do tanque esteja fechado em B.</p><p>11 – O tanque fechado foi completamente cheio de tetracloreto de carbono quando a válvula em B foi</p><p>aberta, permitindo que o nível de tetracloreto de carbono caísse lentamente, conforme mostrado. Se a</p><p>válvula for então fechada e o espaço dentro de A for um vácuo, determine a pressão no líquido perto da</p><p>válvula B quando h = 25 ft. Além disso, determine em que nível h o tetracloreto de carbono deixará de sair</p><p>quando a válvula for aberta. A pressão atmosférica é de 14,7 psi.</p><p>13 – O tanque de imersão contém álcoo etílico usado para a limpeza de peças de automóvel. Se a pressão</p><p>manométrica na parte fechada é pB = 0,5 psi, determine a pressão desenvolvida no ponto A e a altura h do</p><p>nível de álcool estílico no tanque. Considere γ álcool = 49,3 lb/ft3.</p><p>14 – À medida que o balão sobe, as medições indicam que a temperatura começa a diminuir a uma taxa</p><p>constante, de T = 20ºC em z =0 a T 16ºC em z = 500 m. Se a pressão absoluta e a densidade do ar em z =0</p><p>são p = 101 kPa e a densidade do ar em z = 0 são p = 101 kPa e ρ = m1,23 kg/m 3, determine esses valores</p><p>em z = 500.</p><p>15 – A densidade de um líquido não homogêneo varia em função da profundidade h, de modo que ρ = (850</p><p>+ 0,2h) kg/m3, onde h está em metros. Determine a pressão quando h = 20 m.</p>