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EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 1 Exercício 1 Classifique os fluidos quanto ao movimento e detalhe o que acontece com a vazão e velocidade em cada tipo de escoamento. Resposta: Ler material de aula já discutido em sala. Exercício 2 Explique o experimento de Reynolds e descreva as características do regime de escoamento lamelar, transição e turbulento. Resposta: Ler material de aula já discutido em sala. Exercício 3 Explique o que é massa específica, densidade e peso específico. Resposta: Ler material de aula já discutido em sala. Exercício 4 Explique o que é tensão de cisalhamento em um fluido Resposta: Ler material de aula já discutido em sala. Exercício 5 Explique o que é viscosidade de um fluido. Detalhe a viscosidade dinâmica ou absoluta e viscosidade cinemática detalhando suas unidade no SI e CGS. Resposta: Ler material de aula já discutido em sala. Exercício 6 Deduza/desenvolva a equação da continuidade, demonstrando o principio da conservação de massa para fluidos incompressíveis e compressíveis. Resposta: Ler material de aula já discutido em sala. Exercício 7 O que é vazão volumétrica, vazão em massa e vazão em peso. Resposta: Ler material de aula já discutido em sala. Exercício 8 Com relação à Classificação Geométrica do Escoamento, explique o que é Escoamento Tridimensional, Bidimensional e Unidimensional. Resposta: Ler material de aula já discutido em sala. Exercício 9 A viscosidade absoluta de um fluido é de 1 P (Poise). Qual a viscosidade dinâmica deste fluido em kg/m.s. Resposta: 0,1 kg/m.s Exercício 10 A viscosidade absoluta de um fluido é de 2,3 Pl (Pouiseuille). Qual a viscosidade dinâmica deste fluido em N.s/cm²? Resposta: 2,3 x 10 -4 N.s/cm² EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 2 Exercício 11 A viscosidade absoluta de um fluido é de 25,6 dyn.s/m². Qual a viscosidade dinâmica deste fluido no sistema MKS, CGS e SI? Resposta: MKS: 2,56 x 10 -3 kgf.s/m² CGS: 2,56 x 10 -3 dyn.s/cm² SI: 2,56 x 10 -4 N.s/m² Exercício 12 A viscosidade absoluta de um fluido é de 25,6 dyn.s/cm². Qual a viscosidade dinâmica deste fluido no sistema CGS e SI? Expresse também a resposta em poise (P) e pouiseuille (Pl) Resposta: CGS: 25,6 dyn.s/cm² ou g/cm.s SI: 2,56 kg/m.s ou N.s/m² ou Pa.s (que é o mesmo que 25,6 P ou 2,56 Pl) Exercício 13 A viscosidade absoluta de um fluido é de 25,6 dyn.s/cm² e a densidade relativa deste fluido é de 0,89 e a densidade da água vale 1000 kg/m³. Qual a viscosidade cinemática deste fluido no sistema CGS e SI? Expresse também a resposta Stoke (St) Resposta: CGS: 28,76 cm²/s SI: 2,876 x 10 -3 m²/s (que é o mesmo que 28,76 St) Exercício 14 Para a água a 20ºC e 1 atm, tem-se: “”= 1,0030 x 10 -3 N.s/m². Considerando que a densidade da água para estas condições seja de 1 g/cm³, represente “” em centipoise e obtenha o valor da viscosidade cinemática “ʋcn” em Stokes (St) e centistoke. Resposta: = 1,003 centipoise; ʋcn = 1,003 x 10 -6 m²/s (Sistema Internacional de unidades – SI); ʋcn = 1,003 x 10 -2 cm²/s (Sistema métrico – CGS); ʋcn = 1,003 x 10 -2 St (Stokes) ou 1,003 cSt (centistokes). Exercício 15 A viscosidade cinemática de fluido é de 1,8 St (Stokes). Qual a viscosidade deste fluido m²/s e cm²/s ? Resposta: ʋcn = 1,8 cm²/s; ʋcn = 1,8 x 10 -4 m²/s; Exercício 16 A viscosidade cinemática de fluido é de 1,8 St (Stokes). E a massa específica deste fluido é de 987 kg/m³, Qual a viscosidade absoluta deste fluido em Pa.s e em Poise (P)? Resposta: = 0,1776 Pa.s (ou 0,1776 kg/m.s ou N.s/m²) = 1,776 P EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 3 Exercício 15 Considere duas placas planas e paralelas, com espaçamento de 2 mm. Entre as placas há óleo com viscosidade dinâmica 8,3 x 10-3 N·s/m². Sabendo que a placa superior desloca-se com velocidade de 5 m/s e que a inferior é fixa, determine a tensão de cisalhamento (N/m2) que atuará no óleo. Resposta: 20,75 N/m² Exercício 16 Duas placas de área igual a 25 cm² estão justapostas e paralelas, separadas por uma distância de 5,0x10 -6 m. Seu interior é preenchido com óleo SAE 30. As placas são sujeitas a forças opostas e paralelas a suas faces, de intensidade igual a 0,2 N, e se deslocam uma em relação à outra com velocidade de 1 mm/s. Qual é a viscosidade dinâmica (Pa.s) do óleo? Resposta:0,4 Pa.s Exercício 17 Um óleo tem uma viscosidade cinemática de 1,25 x 10 -4 m²/s e uma massa específica de 800 kg/m³. Qual é sua viscosidade dinâmica (absoluta) em kg/(m.s)? Resposta: 0,1 kg/(m.s) Exercício 18 A viscosidade cinemática de um óleo é de 2,8 x 10 -4 m²/s e a sua densidade relativa é 0,85. Determinar a viscosidade dinâmica no sistema CGS. Resposta: 2,38 P Exercício 19 Para um escoamento sobre uma placa, a variação vertical de velocidade v com a distância y na direção normal à placa é dada por v(y) = ay - by², onde a e b são constantes. Obtenha uma relação para a tensão de cisalhamento na parede (y = 0) em termos de a, b e (viscosidade dinâmica). Exercício 20 Explique o que é um fluido newtoniano? A água é um fluido newtoniano? Resposta: é um fluido cuja tensão de cisalhamento é proporcional à taxa de deformação. A água é um fluido newtoniano. Exercício 21 Uma placa fina move-se entre duas placas planas horizontais estacionárias com uma velocidade constante de 5 m/s. As duas placas estacionárias estão separadas por uma distância de 4 cm, e o espaço entre elas está cheio de óleo com viscosidade de 0,9 N.s/m². A placa fina tem comprimento de 2 m e uma largura de EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 4 0,5 m. Se ela se move no plano médio em relação às duas placas estacionárias (h1 = h2 = 2 cm), qual é a força, em newtons (N) requerida para manter o movimento? Resposta: F = 450 N Exercício 22 Um fio passará por um processo de revestimento com verniz isolante. O processo consiste em puxá-lo por uma matriz circular com diâmetro de 1 mm e comprimento de 50 mm. Sabendo-se que o diâmetro do fio é de 0,9 mm, e que, a velocidade com que é puxado, de forma centralizada na matriz, é de 50 m/s, determine a força, em newtons (N), necessária para puxar o fio através dela em um verniz de viscosidade dinâmica = 20 m Pa.s. Resposta: F = 2,83 N Exercício 23 Considere que a água ( = 1,003 m Pa.s e ρ água = 1000 kg/m³) escoa em um conduto de 5 cm de diâmetro, com velocidade de 0,04 m/s. Sabendo que o número de Reynolds é utilizado para determinar o regime de escoamento de um fluido. Para esta situação, determine o valor do número de Reynolds e qual o regime de escoamento do fluido. Resposta: Re = 1994 ; Escoamento Laminar Exercício 24 Considere que a acetona escoa por um conduto com 2 cm de diâmetro, em regime de escoamento laminar (considerar Reynolds igual a 2000). Sabendo que a massa específica e viscosidade cinemática da acetona, valem respectivamente ρ = 790 kg/m 3 e μ = 0,326 mPa.s, determine a velocidade de escoamento (em m/s) para que as condições acima sejam mantidas. Resposta: v = 41,27 x 10-3 m/s Exercício 25 Um fluido escoa por um conduto, em regime de escoamento laminar (considerar Re = 2000), com velocidade de 4 cm/s. Sabendo que a massa específica e a viscosidade cinemática deste fluido, valem respectivamente, ρ = 790 kg/m³ e μ = 0,326 m Pa.s, determine o diâmetro do conduto (em cm) para que as condições acima sejam mantidas. Resposta: D = 2 cm Exercício 26 Um fio passará por um processo de revestimento com verniz isolante. O processo consiste em puxá-lo por uma matriz circular comdiâmetro de 1,0 mm e comprimento de 50 mm. Sabendo-se que o diâmetro do fio é de 0,9 mm e que a velocidade em que é puxado, de forma centralizada na matriz, é de 25 m/s, determine a força (em N) necessária para puxar o fio através dela, em um verniz de viscosidade dinâmica μ = 20 m Pa.s? Resposta: F = 1,41 N EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 5 Exercício 27 Uma placa quadrada, de 1 m de lado e 60 N de peso, desliza por um plano inclinado de 30 graus sobre uma película de óleo. A velocidade da placa é de 1 m/s e a espessura da película de óleo é 1,5 mm. Para esta situação qual o valor da viscosidade dinâmica do óleo (Pa.s)? Resposta: 0,045 Exercício 28 Uma placa quadrada, de 1 m de lado e 50 N de peso, desliza por um plano inclinado de 30 graus sobre uma película de óleo. A velocidade da placa é de 1 m/s e a espessura da película de óleo é 2,0 mm. Quanto vale a viscosidade dinâmica do óleo (Pa.s)? Resposta: 0,05 Exercício 29 Uma mangueira de jardim é usada para encher um balde de 38 litros. Sabendo que são necessários 50 s para encher o balde com água, determine a vazão volumétrica (em m3/s) e a vazão mássica (kg/s) da água através da mangueira. Resposta: Q = 0,76 x 10-3 m³/s QM = 0,76 kg/s Exercício 30 Considerando que a velocidade da água em uma tubulação de 32 mm de diâmetro seja 4 m/s, determine a vazão volumétrica (emm3/s), a vazão mássica (em kg/s) e a vazão em peso (em N/s). Resposta: Q = 3,2 x 10-3 m³/s QM = 3,2 kg/s QG = 32 N/s Exercício 31 Ar escoa por um tubo de seção constante de diâmetro 5cm. Numa seção (1) a massa específica é 0,12utm m3 e a sua velocidade é de 20m s . Sabendo-se que o regime é permanente e que o escoamento é isotérmico, determinar: a) A velocidade do gás na seção (2), sabendo que a pressão na seção (1) é 1kgf/cm2 (abs) e na seção (2) é 0,8kgf/cm2 (abs); Resposta: b) A vazão em massa; EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 6 Resposta: c) A vazão em volume em (1) e (2). Resposta: Exercício 32 Um propulsor a jato queima 0,1utm/s de combustível quando o avião voa a velocidade de 200m/s. Sendo dados: Resposta: EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 7 Exercício 32 (Exercício extraído do livro BRUNETTI, F. Mecânica dos Fluidos. São Paulo: Prentice Hall, 2005.) – PARA COMPLEMENTAR OS ESTUDOS DAS DISCIPLINAS ANTERIORES A FENOMENOS DE TRANSPORTE EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 8 EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 9 EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 10 EXERCÍCIOS DE MEMORIZAÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE SEMESTRE 2019/1 Página 11