Defina vazão mássica, vazão volumétrica e velocidade média. Faça a análise dimensional de cada uma.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado pede para definirmos três conceitos importantes em mecânica dos fluidos: vazão mássica, vazão volumétrica e velocidade média. Além disso, precisamos fazer a análise dimensional de cada um. Para resolver isso, vamos precisar lembrar das definições básicas desses termos e entender um pouquinho de análise dimensional, que é basicamente verificar as unidades de cada grandeza para garantir que estão consistentes.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre vazão mássica.
A vazão mássica (
) é a quantidade de massa que passa por uma seção de um tubo por unidade de tempo. É super útil para entender quanto material está se movendo em sistemas como tubulações de água, ar ou outros fluidos.
A fórmula da vazão mássica é:
Onde:
-
é a densidade do fluido (kg/m³) -
é a vazão volumétrica (m³/s)
Para a análise dimensional, vamos verificar as unidades:
Multiplicando as unidades:
Então, a análise dimensional confirma que a equação está correta.
Passo 3
Agora, vamos para a vazão volumétrica (
).
A vazão volumétrica é o volume de fluido que passa por uma seção de um tubo por unidade de tempo. Basicamente, indica quanto espaço o fluido está ocupando enquanto se move.
A fórmula da vazão volumétrica é:
Onde:
-
é a área da seção transversal (m²) -
é a velocidade média do fluido (m/s)
Para a análise dimensional:
Multiplicando as unidades:
Mais uma vez, a análise dimensional está certinha!
Passo 4
Por último, vamos definir a velocidade média (
).
A velocidade média é a rapidez com que o fluido se move através de uma seção transversal do tubo. É uma medida importante para entender como o fluido está se comportando dentro do sistema.
Já vimos que a velocidade média aparece na fórmula da vazão volumétrica:
Para a análise dimensional:
Sabendo que:
Dividindo as unidades:
Tudo bateu certinho na análise dimensional!
Resposta
Definimos vazão mássica (
) como a quantidade de massa que passa por uma seção por unidade de tempo, com unidades de
. A vazão volumétrica (
) é o volume de fluido que passa por uma seção por unidade de tempo, medido em
. Por fim, a velocidade média (
) é a rapidez com que o fluido se move, expressa em
. A análise dimensional de cada um confirma que as unidades estão corretas e consistentes com suas definições.
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(a) taxa de estado estacionário de ganho de calor por unidade de área Resposta: 16.27