Lista de Exercícios no 9 Escoamento Interno-2021 2

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA EMC 5425 - Fenômenos de Transporte Prof: Emilio E. Paladino Lista de Exercícios No 9 – Escoamento Interno. Questão 1 Para um escoamento plenamente desenvolvido de água ( = 1e-3 Pa s;  = 998 kg/m3 ) em uma tubulação de seção circular de 5 cm de diâmetro, calcule a vazão a partir da qual, o escoamento pode ser considerado completamente turbulento. Questão 2 Mostre que, para o escoamento laminar, plenamente desenvolvido em um duto com diâmetro D, comprimento L e velocidade media U, de um fluido com viscosidade  e densidade , o fator de atrito é dado por: 2 64 , Re Re 2 p UD f U L D     = = = onde . Dados: 2 ( ) 2 1 r u r U R     =  −          . Dica: faça um balanço global de forças, considerando que, para a condição de escoamento plenamente desenvolvido, não há variação da QM, assim, as forças de pressão de equipararão com o atrito. Depois calcule a tensão na parede através da do perfil de velocidade dado e relaciona os parâmetros. Questão 3 a) Determine a altura de uma caixa da água, em relação à saída do duto, tal que a vazão seja de 0,025m3/s no sistema mostrado na figura abaixo b) Se substituirmos a caixa por uma bomba localizada no primeiro cotovelo, qual seria a pressão na saída bomba necessária para obter a mesma vazão? Determine, neste caso, a potencia absorvida pela bomba. Obs.:Utilize o diagrama de Moody para a determinação do fator de atrito. Questão 4 Uma bomba toma água (=1000kg/m3 e =0,001 Pa s) de um reservatório a pressão atmosférica onde o fluido está estático e deve elevar até uma altura de 20m, entregando a um reservatório que está a 2 bar, após passar por uma tubulação como a mostrada na figura. Os parâmetros de perda de carga localizada são mostrados na figura. Para uma vazão volumétrica de 0,0157m3/s, determine: a) A pressão na saída da bomba. b) A potência consumida pela bomba Obs: Note que o fluido tem uma velocidade determinada na saída, ou seja, uma energia cinética, que é dissipada no reservatório a alta pressão, porém, a bomba precisa fazer este trabalho. E-1 P-7 H = ? K=0,15 Le/D=20 Le/D=8 Le/D=20 V-1 P-5 D = 0,1 m L=10 m L=5 m P-1 P-3 Bomba p = ? K=0,1 Le/D=5 D = 0,1 m L=20 m Le/D=20 psb=? L=50 m peb=? Reservatório pr=5 bar 2 2/2 D Vdot Ts q"c q"c L WRES x y p0 pe T0; p0 WVENT Revestimento. Plástico. e=2mm Questão 5 Determine a potencia do ventilador para obter uma velocidade de 4 m/s na saída do sistema de ventilação (o fluido é ar ( = 1e-4 Pa s;  = 1,2 kg/m3)). (Obtenha os coeficientes de perda de carga localizada e distribuída nas bibliografias sugeridas no programa da disciplina). Utilize o conceito de diâmetro hidráulico para o calculo das perdas de carga. Atenção para a correlação utilizada, em função do regime de escoamento. D = 0,3m D=0,1m 8 m 4 m 4 m/s 0,5 m A potencia pode ser calculada como: V p W m   = . Questão 6 Um trecho de um sistema de aquecimento residencial consiste em um duto de 1m de comprimento onde é realizado o aquecimento do ar por meio de uma resistência elétrica, um ventilador, utilizado para vencer a perda de carga no sistema em um trecho de tubulação de 5m, isolado termicamente, que transporta o ar até o sistema de distribuição. A vazão de ar requerida é de 0,4 m3/s Considerando que o ventilador toma ar a pressão de 1 bar e Temperatura 15oC que a descarga é também a p de 1 bar, que a potencia entregue na resistência é de 1000W (=q" x área perimetral) e que a densidade do ar é constante (1,2kg/m3), calcule: a) A potência consumida pelo ventilador b) A pressão e temperatura na saída do trecho de aquecimento c) A pressão e temperatura na saída do trecho de transporte Seção de 20cmx20cm 1 m 10 m q" Questão 7 Um secador de cabelo pode ser idealizado como um duto circular através do qual um pequeno ventilador sopra ar ambiente e dentro do qual o ar é aquecido ao escoar sobre uma resistência elétrica em forma helicoidal. Se o secador é projetado para funcionar com um consumo de energia de Wres = 500W e aquecer o ar a partir de uma temperatura ambiente de Tent = 20 ° C até um temperatura de descarga de Tsai = 45 ° C. a. Determine em que vazão volumétrica, Vdot deve operar o ventilador. A perda de calor da carcaça para o ar ambiente e para a vizinhança pode ser desprezada. O calor específico e a densidade do ar são  = 1,2 kg/m3 e Cp = 1007 J / kg K, respectivamente. b. Considere um comprimento do duto secador L = 150 mm. Se o coeficiente de transferência de calor por convecção natural do revestimento para o ar ambiente é h  5 W/m2 K, a espessura do duto de plástico (k=0,4W/m K) é de 2mm e a temperatura do ar e do ambiente é Tamb = 20°C, avalie a perda total de calor para o ambiente, e confirme (ou não) que a perda de calor para o ar ambiente é de fato, desprezível. A temperatura média do ar (superfície interna do revestimento) pode ser considerada igual a Tsai = 45 ° C (o que representa um cálculo conservativo, pois a temperatura média será menor). c. Considere um coeficiente de perda localizada na resistência elétrica kL=0,5 e avalie a perda distribuída no duto. Calcule a pressão na entrada do duto, pe e determine a potencia consumida no ventilador, WVENT