CIENCIAS DE ENGENHARIA QUÍMICA
MEF
DINÂMICA DE FLUIDOS
EXERCÍCIOS
2015
Exercícios de Transporte de quantidade de movimento – MEF
DEQ
1. Converta pé-poundal para erg e erg/s para watt, recorrendo apenas às conversões 1 ft
0,3048 m e 1 lbm
0,454 kg.
2. Considerando a equação de definição da viscosidade, ,
F
vx
A
y
Determine as unidades em que vem expressa a viscosidade no S.I. e no sistema cgs.
3. Um objecto cai sob a acção da força gravítica, sendo o seu peso de 50 dine. Qual será a sua
massa, expressa em lbm? E qual o seu peso, em lbf?
4. Um automóvel desloca-se à velocidade de 90 km/h, sujeito a uma força de resistência do ar de
200 N. Qual a potência consumida para vencer a resistência do ar? Qual a força de resistência
do ar expressa em kgf?
Resolva os seguintes exercícios, recorrendo explicitamente à análise dimensional:
5. Determine quantas horas têm 2 anos.
6. Pretende-se uma amostra de nitrato de cálcio, Ca(NO3)2 contendo 5x1025 átomos de oxigénio.
Quantos kg de nitrato de cálcio deverá pesar, admitindo uma pureza de 98% (sendo que as
impurezas não contêm oxigénio)?
7. Preciso de tomar um medicamento na forma de xarope mas vou partir numa viagem de três
semanas, pelo que pretendo ter a certeza de que o frasco. A papeleta indica uma dosagem de 2
gotas por cada 15 kg de massa corporal e por dose, com 4 doses por dia. O frasco tem uma
capacidade de 200 mL mas encontra-se meio cheio. Para verificar o volume das gotas, encho
uma colher de chá e verifico que ela tem a capacidade de 64 gotas. A colher de chá usada é
calibrada porque provém de um outro medicamento, e tem uma capacidade de 4,93 mL.
Nestas condições, use a análise dimensional de modo a determinar se a porção de
medicamento é suficiente para a viagem, admitindo que o meu peso é de 60 kg.
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8.
Relacione a pressão no nível A do tanque com as
leituras do manómetro de tubo em U.
9. Qual a expressão que dá a diferença de pressão entre os
pontos A e B? Se A, B e C forem respectivamente água,
(ρ=
óleo
0,8
g/cm3),
e mercúrio (13,6 g/cm3), e se h1= 17cm, h2= 5 cm e h3=
22 cm, qual a diferença de pressão entre A e B?
10. Para
o
sistema
da
figura,
calcule a pressão dentro do reservatório.
a) Um fluido incompressível circula da secção A para a secção B do tubo horizontal representado
na figura, a um caudal de 0.06 m3/s. Para uma pressão em B equivalente a 0,61 m, calcule a
carga de pressão em A, admitindo uma perda de carga por atrito equivalente a 0,05 m de coluna
do líquido.
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12. O tubo de da figura (designado por tubo de Venturi) tem um diâmetro à entrada de 0,6 m e é
projectado para lidar com 6 m3/s de ar. Qual deverá ser o diâmetro do estrangulamento para que
um manómetro diferencial ligado à entrada e ao estrangulamento indique um diferença de carga
equivalente a 0.1 m de álcool?
Ar (
= 1 .2 k g /m
3
)
d = ?
0 .6 m
Á lc o o l (
= 8 0 0 k g /m 3 )
10 cm
13. O tanque que se mostra na figura tem uma secção circular de
2 m de diâmetro e encontra-se à pressão atmosférica. O óleo
está a escoar-se através de um tubo de 5 cm de diâmetro
situado numa parede lateral do tanque. Quanto tempo levará
até escoar totalmente o tanque?
A massa específica do óleo é de 750 kg/m3 .
14.
Pretende-se bombear água a 20 ºC ( = 998 kg/m3;
= 10-3 Pa s) através de uma conduta
com um diâmetro interno de 7,8 cm para um reservatório elevado, tal como representado na
figura.
a) Qual é a pressão à saída da bomba para alimentar o reservatório com um caudal de 1.14
l/s. (Leq / D)cotovelo 45º = 15
b) Qual é a fracção da perda de carga total que é necessária para compensar o atrito na
tubagem?
9 .1 m
15
m
Bomba
45º
4 .6 m
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15. Pretende-se transferir petróleo bruto (ρ=0,87 g/cm3; μ=40 cP) desde um tanque de
armazenagem até à refinaria, através de uma conduta de aço comercial com 25 cm de
diâmetro interno, com um caudal de 0,13 m3/s. A tubagem tem 8 km de comprimento, 20
cotovelos padrão a 90º e 10 válvulas de guilhotina ¾ abertas. A saída (jacto livre) está 45 m
acima do nível da superfície do tanque de entrada e a pressão à saída é de 25 psig (1 psi=
6895 Pa). Admita que a rugosidade é desprezável.
a) Qual vai ser a altura manométrica necessária a fornecer pelo sistema de bombagem?
b) Qual a potência necessária para actuar as bombas no sistema, se a eficiência de bombagem for
de 70%?
16. Um medidor de caudal com um orifício de 8 cm, está montado num tubo com 10 cm de
diâmetro interno por onde circula água e regista uma diferença de pressão de 10 cm de
mercúrio.
CD = 0,63. Determine o caudal mássico de água.
17. Um tubo de Pitot é usado para medir o perfil de velocidade
no interior do tubo seguinte onde circula ar (
= 1.2
kg/m3). Determine o valor da velocidade v sabendo que a
diferença da altura entre meniscos do manómetro de água
é de 10 cm.
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ANEXOS
Factor de atrito de Fanning para o escoamento em condutas.
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Coeficientes de resistência em acessórios de tubagens.
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