LISTA DOS ENUNCIADOS - PUC-Rio

Departamento de Engenharia Mecânica - PUC–Rio
Fenômenos de Transporte
EXERS DE MECÂNICA DOS FLUIDOS
Equação da Conservação
da Quantidade de Movimento
Prof. Washington Braga
1. O motor a jato GE-CFE produz um empuxo de F = 230 kN no banco de
provas. Uma instalação típica está mostrada na figura. Combustível entra
verticalmente no motor à uma taxa de 2% da massa de ar entrando.
A
2
pressão de entrada é 4,8 kPa, a área da seção de entrada é 6 m e a velocidade
é de 150 metros por segundo.
Na saída, a pressão é a atmosférica e a
velocidade é de 360 metros por segundo.
Pede-se determinar o fluxo de
massa de ar entrando no equipamento.
2. Considere o escoamento incompressível em uma tubulação de raio R, como
mostrado na figura. Na entrada, o perfil de velocidades é uniforme mas a uma
distância L, o perfil é parabólico:
  r 2 
V  Vm 1    
 R 
Obtenha a soma das forças de pressão e de fricção F por unidade de largura
em termos de h, Vm e massa específica.
3. Ar à temperatura uniforme de 600K e pressão de 600 kPa entra em um duto
como o mostrado na figura abaixo.
O perfil de velocidades na entrada é
parabólico:
  r 2 
V  120 1    
 R 
A área de entrada é 1 m2. A velocidade de saída, média, é igual a 300 metros
por segundo. A área de saída é 0,5 m2. Considere que na saída, a pressão, a
temperatura e a massa específica do ar sejam uniformes. Ar se comporta
como gás perfeito.
Encontre a força horizontal sobre o suporte A,
considerando que a pressão na saída seja a pressão atmosférica.
Resp. a massa específica na saída vale 1,394 kg/m3.
4. Água escoa através da curva com redução localizada em um plano vertical.
Sabe-se que D1 = 2 m, D2 = 1,2 m, Q = 10 m3/s, o peso da estrutura = 80 kN, o
ângulo  que a saída faz com a horizontal é de 120º, a pressão na entrada vale
275 kPa e na saída, 200 kPa. Pede-se determinar os componentes horizontal e
vertical da força atuando sobre a estrutura. Considere o regime permanente.
Veja a figura. Resp. Fx = -1053 kN e Fy = 352,5 kN.
5. Determinar a força que atua na pá fixa da figura quando um jato d’água,
cuja vazão é de 0,12 m3/s e com velocidade de 50 m/s, é desviado de 45º.
Considere o regime permanente. Resp. Fx = -1,76 kN e Fy = 4,24 kN
6. Óleo escoa para dentro de uma barcaça por meio de uma tubulação de 150
mm de diâmetro. A densidade do óleo é 0,9. A velocidade de entrada do óleo
na tubulação é 10 m / s. Encontre a força exercida pela corda na barcaça. O
ângulo entre a saída da tubulação e a vertical é de 30º. Resp. Fx = 795,2 N.
7. Gás escoa através de uma tubulação de diâmetro constante. A pressão na
entrada é 450 kPa (absoluta) e na saída, a pressão é 300 kPa (também
absoluta). A variação de massa específica entre a entrada e a saída pode ser
desprezada (vale 4 kg/m3). A velocidade na entrada é 200 m/s e o fluxo de
massa é de 30 kg/segundo.
Encontre a força axial atuando na tubulação.
Resp. Fx = -5,6 kN.
8. Resolva novamente o problema anterior, considerando agora que a massa
específica na entrada seja igual a 3,5 kg/m3 e na saída, ela vale 4,5 kg/m3.
Analise a contribuição relativa dos termos de pressão e do fluxo de quantidade
de movimento. Resp. – 7kN
9. O carregamento de cereal na fazenda é feito através de tubos ligados aos
silos de armazenamento que descarregam o produto em caminhões, por
exemplo.
Por questões de segurança, este carregamento é feito com o
caminhão colocado em balanças. Em determinado dia de operação, o fluxo de
massa, liberado perpendicularmente à caçamba do caminhão, é de 40 kg/s. O
diâmetro da descarga é de 0,3 m e a massa específica média é estimada como
sendo 600 kg/m3.
O carregamento deve ser interrompido quando a balança
indicar 675 kg. Determine a massa real do carregamento.
Resp. 671 kg.