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PME2230 – Mecânica dos Fluidos I – P2 de 2005 Resolução da 1ª questão Hipóteses Escoamento em regime permanente Escoamento incompressível Nas seções de entrada e saída do VC propriedades uniformes 1.1) Eq. Continuidade
d V v SC ndA 0 t VC Hipótese RP
No VC,
m ins m exaust m venez 0
(I)
m ins insVins Ains ins Qins 90 10 3 1,111 0,1kg / s m exaust exQex 98 10 3 0,816 0,08kg / s 0,1 0,08 m ven 0 m ven 0,02kg / s Ou seja, o sinal adotado na equação (I) é inadequado, pois 1.2) O fluxo se dá no sentido adotado 0,02kg / s para fora da sala 1.3) Qven
m ven 0,02 0,0245m 3 / s 24,5L / s sala 0,816
1.4) Mudando o sistema de exaustão:
m ins m exaust 0,1kg / s Nova vazão volumétrica:
Qexaust
0,1 0,1225m 3 / s 122,5L / s 0,816
Ou seja, a exaustão exige 25% a mais de vazão em volume.
Resolução da 2ª questão Partindo da 1ª lei da termodinâmica
p v2 edV (u gz )v n dA 1 Q2 1W2 SC 2 t VC e utilizando as hipóteses abaixo: Regime permanente: edV 0 , para VC fixo t VC
Trabalho externo nulo ( W ext 0 ) em 1W 2 1 (Wint W ext ) 2 Propriedades uniformes nas seções de entrada e saída do VC Fluido incompressível
p v 2 z )v ndA Tem-se: 1 Q2 [ SC uv n dA Wint ] SC ( 2g
Pdissip QH QH Q( H s H e ) pe ps eVe2 sVs2 H H e H s ( ) ( ze z s ) 2g
= 0 (eixo horizontal)
Vs Ve (fluido incompressível e diâmetro constante) s e 1 (propriedades uniformes nas seções)
KV 2 pe ps p V 2 H p K 2g 2 Marcha-lenta:
VD m D 4m 4 2,7 10 3 Re 4092 s D 0,8 30 10 3 3,5 10 5 e V 4,77m / s
K 21,6(4092) 0, 25 2,7 0,8 (4,77) 2 p 2,7 24,6 Pa 2
Plena potência:
4 60 10 3 Re 63662 e V 169,8m / s 0,5 30 10 3 8 10 5
K 21,6(63662) 0, 25 1,36 0,5 (169,8) 2 p 1,36 9803Pa 2
Resolução da 3ª questão 3.1) Equação da continuidade
m óleo
d V v SC ndA 0 t VC
2
2 Ө
Hipóteses Escoamento em regime permanente Escoamento incompressível Nas seções de entrada e saída do VC propriedades uniformes
1
m água 1 3
v n dA 0 v1dA1 v2 dA2 v3dA3 0 SC
3
A1
A2
A3
m água m óleo m mistura 0 m mistura m água m óleo 150 300 450kg / h Com a hipótese de incompressibilidade vale a conservação de volumes:
Qágua Qóleo Qmistura 0 m mistura m água m óleo Qmistura Qágua Qóleo mistura água óleo 450 150 280 0,15 0,35 mistura 1000 800
mistura 900kg / m3 Qágua 0,150m3 / h 4,17 105 m3 / s
3.2) Equação da quantidade de movimento
V d V V V n dA F ext ) rh V C SC t 0
F x A1 u1u1dA1 A2 u2 u2 dA2 A3 u3 u3dA3 Fx 1V12 A1 2V22 A2 3V32 A3 água 4Qágua
óleo
mistura
4 150 / 3600 6,767 m / s D (2,8 10 3 ) 2 1000 4Qóleo 4 300 / 3600 V2 Vóleo 13,870m / s 2 D2 (3 10 3 ) 2 850 4Qmistura 4 400 / 3600 V3 Vmistura 8,733m / s 2 D3 (4,5 10 3 ) 2 900 V1 Vágua
2 1
3 2 3 2 2 ( 2,8 10 ) 2 (3 10 ) 850 (13,870) Fx 1000 (6,767) 4 4 (4,5 10 3 ) 2 900 (8,733) 2 4 Fx 0,282 1,156 1,092 0,346
p1 A1 p2 A2 cos p3 A3 Rx 0,346
3 2 3 2 (2,8 103 )2 5 (3 10 ) 5 (4,5 10 ) 6 10 6 10 cos60 110 Rx 0,346 4 4 4 5
3,694 2,121 1,590 Rx 0,346 Rx 4,571N
p2 A2 sen Ry p2V22 A2 sen Ry 4,67N
R 4,57(i ) 4,67( j ) N