Exercícios Resolvidos de Aplicações da Hidrodinâmica

Ver Teoria

Enunciado

A figura mostra um sifão, que é um tubo usado para transferir líquidos de um recipiente para outro. O tubo A B C deve estar inicialmente cheio, e se esta condição é satisfeita o líquido escoa pelo tubo até que a superfície do líquido no recipiente esteja no mesmo nível que a extremidade A . O líquido tem densidade igual a 1000   k g / m 3 e viscosidade desprezível. As distâncias mostradas na figura são h 1 = 25   c m , d = 12   c m e h 2 = 40   c m . Considere g = 9,8   m / s 2 .

  1. Com que velocidade o líquido sai do tubo no ponto C ?
  2. Se a pressão atmosférica é 1,0 × 10 5   P a , qual é a pressão do líquido no ponto B , o ponto mais alto do tubo?
  3. Qual é o máximo valor de h 1 , mantidos d e h 2 , para que o líquido continue escoando?

Passo 1

a)

Bom galera, vamos considerar que o nível de altura nula passa pelo ponto c. Dessa forma, o ponto c tem altura igual a zero.

Vamos agora aplicar Bernoulli entre C   e o ponto logo acima de A na superfície do fluido(Vamos chamá-lo de A ' ) :

Vamos às características de cada ponto:

A ' :

h a = h 2 + d

P a = P a t m

v a = 0

A altura de do ponto A ' foi medido em relação ao nível de altura nula, por isso esse valor. O valor da velocidade do fluido em A   tende a zero, já que o fluido começa a subir o tubo ali, e, somente a partir dali ele começa a ganhar velocidade.

Mas por que o valor da pressão de A " é igual ao valor da pressão atmosférica?

Porque, como a velocidade ali é nula, estamos no regime da hidrostática. Ou seja...,podemos aplicar Stevin!

Isso quer dizer que o valor da pressão de A '   é igual ao valor da pressão do ponto do fluido logo ao lado, fora do cano, já que ambos possuem a mesma altura. E o valor da pressão na superfície do fluido é P a t m . ( :

C :

h c = 0

P c = P a t m

v c : O que queremos saber.

Bem, a altura é zero pois o referencial de altura nula está passando por C . A pressão é a pressão atmosférica pois o cano está aberto pra atmosfera.

Por Bernoulli:

P a + ρ g h a + ρ v a 2 2 = P c + ρ g h c + ρ v c 2 2

P a t m + ρ g h a = P a t m + ρ v c 2 2

ρ g h a = + ρ v c 2 2

v c = 2 g h a = 2 g ( h 2 + d ) = 2.9,8 . ( 0,4 + 0,12 ) = 3,2 m / s

Passo 2

b)

Pra descobrir a pressão no ponto B , vamos analisar a pressão no ponto C :

P c = P B + ρ g H

Ou seja, a pressão no ponto C é igual a pressão no potno B mais a pressão devida à altura da coluna de fluido.

Essa altura é:

H = h 1 + h 2 + d  

Logo:

P B = P C - ρ g ( h 1 + h 2 + d   )

Sendo :

P c = P a t m = 1,0 x 10 5 P a

ρ g h 1 + h 2 + d   = 10 3 . 9,8 . 12 + 25 + 40 x 10 - 2 = 7546

Logo:

P B = P C - ρ g H = 100000 - 7546 = 92454 P a ≅ 9,2.10 4 P a

Passo 3

c)

O valor máximo vai ocorrer quando a pressão de B for nula.

Usando a equação do item anterior:

P B = P C - ρ g H = 0

P c = ρ g H = 10 5 P a

10 3 . 9,8 . 12 + 40 x 10 - 2 + h 1 = 10 5

52 x 10 - 2 + h 1 = 10 2 9,8

h 1 = 10,20 - 0,52 = 9,68 m

Resposta

a)

3,2   m / s

b)

92454 P a ≅ 9,2 x 10 4 P a

c)

9,68 m

Exercícios de Livros Relacionados

A figura mostra um sifão, que é um tubo usado para transferir líquidos de um recipiente para outro. O tubo A B C deve estar inicialmente cheio, mas, se essa condição é satisfeita, o líquido escoa pelo
Uma transição abrupta ocorre nos números de Reynolds de cerca de 3 * 10 5 , onde o arrasto em uma esfera se move através de um fluido diminui abruptamente. Estimar a velocidade com que essa transição
O cano de saída do esgoto de uma casa construída em uma encosta está a 6,59m abaixo do nível da rua. Se o cano coletor do esgoto está 2,16m abaixo do nível da rua, calcule a menor diferença de pressão
Qual é a área mínima (em metros quadrados) da supefície superior de uma placa retangular de gelo com 0,441m de espessura que flutua na água doce para que seja capaz de sustentar um automóvel de 938k g
A água flui através de um tubo horizontal de 25,0 cm de comprimento um diâmetro interno de 1,20 mm em 0,300 mL/s. Encontre a diferença de pressão necessária para conduzir esse fluxo se a viscosidade d