Exercícios de Escoamento Laminar e Turbulento e Perda de Carga - Lista de Exercícios Resolvida

A fim de determinar a viscosidade de um líquido de densidade 0,95, você preenche, a uma profundidade de 12 cm, um grande recipiente com drenagem por um tubo vertical de 30 cm de comprimento fixado ao fundo. O diâmetro do tubo é 2 mm, e a taxa de drenagem é 1,9 cm³/s. Qual é o valor da viscosidade do fluido? O escoamento no tubo é laminar?

Um canudo para refrigerante tem de comprimento e de diâmetro. Ele fornece refrigerante gelado, aproximado como água a , à taxa de . (a) Qual é a perda de carga através do canudo? Qual é o gradiente de pressão axial se o escoamento é (b) verticalmente para cima ou (c) horizontal? O pulmão humano pode fornecer tanta vazão?

(Adaptada) Para escoamento em tubos circulares, a transição para escoamento turbulento ocorre usualmente em torno de . Investigue a condição sob a qual os escoamentos de (a) ar-padrão e (b) água a 15°C tornam-se turbulentos em um tubo de 0,05 m de diâmetro.

Dados: Massas específicas

Viscosidade dinâmica

(Adaptada) Ar a 100°C entra em um duto circular de diâmetro 125 mm. Encontre a vazão volumétrica na qual o escoamento torna-se turbulento.

Dado: Viscosidade cinemática do ar a 100°

Óleo SAE 30 a escoa no tubo de de diâmetro da Figura que está inclinado a . Para as medidas de pressão mostradas, determine (a) se o escoamento é para cima ou pata baixo e (b) a vazão em .

Para o escoamento de óleo por um tubo de de diâmetro, Figura A.1, para qual vazão em devemos esperar transição para a turbulência a e ?

Figura 1. Viscosidade absoluta de fluidos comuns a 1 atm.

Água a escoa por um tubo inclinado de de diâmetro. Nas seções e são obtidos os seguintes dados: , , , , e . Qual é o sentido do escoamento? Qual é a perda de carga em metros?

Uma compressão constante sobre o pistão na Figura produz uma vazão através da agulha. O fluido tem e . Qual a força necessária para manter o escoamento?

Um dispositivo posicionador de uma polia utiliza um cilindro com diâmetro interno Dc com um pistão em seu interior com diâmetro Dp, conforme esquema da figura. Os movimentos de rotação e de translação do pistão são lubrificados por filme fino de óleo.

São conhecidos:

• Viscosidade cinemática do óleo,
• Massa específica do óleo
• Diâmetro do cilindro, e do pistão,
• Comprimento do cilindro,
• Rotação do cilindro:
• Desprezar o atrito entre o eixo girante, onde o pistão está vinculado, e o cilindro

Pede-se:

1. Para situação de equilíbrio longitudinal (na direção x), em que o único movimento é de rotação, determinar uma expressão literal que permite calcular a potência dissipada no atrito viscoso que ocorre no óleo em função da velocidade angular e . Apresente as hipóteses adotadas.

Óleo SAE 10 a 20°C , escoa no interior do tubo vertical liso de 30 mm de diâmetro interno mostrado na figura. O desnível do manômetro de mercúrio é de 420 mm, conforme mostrado na figura. A aceleração da gravidade é de 9,8 m/s². Determine:

1. A vazão volumétrica de óleo

Um dispositivo posicionador de uma polia utiliza um cilindro com diâmetro interno Dc com um pistão em seu interior com diâmetro Dp, conforme esquema da figura. Os movimentos de rotação e de translação do pistão são lubrificados por filme fino de óleo.

São conhecidos:

• Viscosidade cinemática do óleo,
• Massa específica do óleo
• Diâmetro do cilindro, e do pistão,
• Comprimento do cilindro,
• Rotação do cilindro:
• Desprezar o atrito entre o eixo girante, onde o pistão está vinculado, e o cilindro

Pede-se:

(c) Para o movimento de ajuste da posição da polia, o pistão cessa sua rotação e se desloca com velocidade longitudinal de , qual a expressão literal para determinar a potência associada a este movimento de translação.

Considere o escoamento de fluidos incompressíveis e imiscíveis em regime permanente, entre duas placas paralelas como mostrado na figura ao lado. A placa superior se move a velocidade para a direita enquanto a placa inferior fica parada. Na metade inferior, ou seja, região entre as placas (escoa um fluido com massa específica e viscosidade , e na metade superior escoa outro fluido com massa específica e viscosidade . Admitindo distribuição linear de velocidades nos escoamentos descritos, pedem-se:

1.3. Admitindo, agora, que , faça um esboço da distribuição das velocidades na forma para

Considere o escoamento de fluidos incompressíveis e imiscíveis em regime permanente, entre duas placas paralelas como mostrado na figura ao lado. A placa superior se move a velocidade para a direita enquanto a placa inferior fica parada. Na metade inferior, ou seja, região entre as placas (escoa um fluido com massa específica e viscosidade , e na metade superior escoa outro fluido com massa específica e viscosidade . Admitindo distribuição linear de velocidades nos escoamentos descritos, pedem-se:

1.4. A tensão de cisalhamento junto à placa inferior em função de , e para a mesma relação entre e do item anterior

Óleo SAE 10 a 20°C , escoa no interior do tubo vertical liso de 30 mm de diâmetro interno mostrado na figura. O desnível do manômetro de mercúrio é de 420 mm, conforme mostrado na figura. A aceleração da gravidade é de 9,8 m/s². Determine:

1. Partindo das equações integrais de conservação de massa e quantidade de movimento, obtenha o perfil de velocidades do escoamento. Desenvolva a expressão literal e substitua os valores no final.

Um dispositivo posicionador de uma polia utiliza um cilindro com diâmetro interno Dc com um pistão em seu interior com diâmetro Dp, conforme esquema da figura. Os movimentos de rotação e de translação do pistão são lubrificados por filme fino de óleo.

São conhecidos:

• Viscosidade cinemática do óleo,
• Massa específica do óleo
• Diâmetro do cilindro, e do pistão,
• Comprimento do cilindro,
• Rotação do cilindro:
• Desprezar o atrito entre o eixo girante, onde o pistão está vinculado, e o cilindro

Pede-se:

(b) Determinar o valor em Watts para a potência calculada no item (a)

Um dispositivo posicionador de uma polia utiliza um cilindro com diâmetro interno Dc com um pistão em seu interior com diâmetro Dp, conforme esquema da figura. Os movimentos de rotação e de translação do pistão são lubrificados por filme fino de óleo.

São conhecidos:

• Viscosidade cinemática do óleo,
• Massa específica do óleo
• Diâmetro do cilindro, e do pistão,
• Comprimento do cilindro,
• Rotação do cilindro:
• Desprezar o atrito entre o eixo girante, onde o pistão está vinculado, e o cilindro

Pede-se:

(d) Calcule a potência de acordo com a expressão do item (c)

Considere o escoamento de fluidos incompressíveis e imiscíveis em regime permanente, entre duas placas paralelas como mostrado na figura ao lado. A placa superior se move a velocidade para a direita enquanto a placa inferior fica parada. Na metade inferior, ou seja, região entre as placas (escoa um fluido com massa específica e viscosidade , e na metade superior escoa outro fluido com massa específica e viscosidade . Admitindo distribuição linear de velocidades nos escoamentos descritos, pedem-se:

1.1 As condições que as velocidades dos fluidos precisam satisfazer nas paredes e na interface dos fluidos;

Considere o escoamento de fluidos incompressíveis e imiscíveis em regime permanente, entre duas placas paralelas como mostrado na figura ao lado. A placa superior se move a velocidade para a direita enquanto a placa inferior fica parada. Na metade inferior, ou seja, região entre as placas (escoa um fluido com massa específica e viscosidade , e na metade superior escoa outro fluido com massa específica e viscosidade . Admitindo distribuição linear de velocidades nos escoamentos descritos, pedem-se:

1.2. As distribuições de velocidades das regiões 1 e 2: para e para

Um dispositivo posicionador de uma polia utiliza um cilindro com diâmetro interno Dc com um pistão em seu interior com diâmetro Dp, conforme esquema da figura. Os movimentos de rotação e de translação do pistão são lubrificados por filme fino de óleo.

São conhecidos:

• Viscosidade cinemática do óleo,
• Massa específica do óleo
• Diâmetro do cilindro, e do pistão,
• Comprimento do cilindro,
• Rotação do cilindro:
• Desprezar o atrito entre o eixo girante, onde o pistão está vinculado, e o cilindro

Pede-se:

(e) Admitindo que a velocidade média do gás que atua no deslocamento do pistão tem apenas componente em x, é igual a velocidade de translação do pistão, e é uniforme em todo o volume, determinar se o escoamento no interior do cilindro é compressível ou incompressível. Dados para o gás: pressão absoluta P = 150 kPa, massa específica , constante do gás R = 287 J/kg. K, relação k = (Cp/Cv) = 1,4.