Baixe Exercícios de Fenômenos de Transporte: Viscosidade e Fluidos Compressíveis e outras Exercícios em PDF para Mecânica dos fluidos, somente na Docsity!
CENTRO UNIVERSITÁRIO PADRE ANCHIETA
CURSO DE ENGENHARIA
Mecânica/Produção
Fenômenos de Transporte Turma: 5º/6º período 2º Semestre/
2019 Professora: Ta�ana Lança
Lista 1 – Lei de Newton da Viscosidade e Fluido Compressível
A) Exercícios
A1) Se o volume específico é definido como o inverso da massa específica, qual o valor do volume específico, em m 3 /kg, de uma substância cuja densidade relativa é 0,8.
A2) A densidade da água pode ser ajustada pela função
ρ(T) = 1000,75 - 0,1875T onde a temperatura
é dada em ºC e a densidade em kg/m 3
Determine a massa de água a 30 ºC que preenche totalmente uma caixa de água de volume 1 m^3 (995,125 kg/m 3 )
B) Propriedades dos Fluidos
Lei de Newton da Viscosidade
Viscosidade Absoluta e Cinemática
O fluido em um tubo sofre forças de atrito. Existe atrito com as paredes do tubo, e com o próprio fluido, convertendo parte da energia cinética em calor. As forças de atrito que impedem as diferentes camadas do fluido de escorregar entre si são chamadas de viscosidade. A viscosidade é uma medida da resistência de movimento do fluido. Podemos medir a viscosidade de um fluido medindo as forças de arraste entre duas placas. Veja a figura.
B1) Livro: Brunetti página 11, exercício 1.1. A viscosidade cinemática de um óleo é 0,028 m^2 /s e seu peso específico relativo é 0,85. Determine a viscosidade dinâmica em unidades do S.I. Dados: g = 10 m/s^2 e peso específico da água = 10000 N/m 3. (23, Pa.s)
B2) Livro: Brunetti página 11, exercício 1.2. A viscosidade dinâmica de um óleo é 5.10-4^ kgf.s/m 2 e o peso específico relativo é 0,82. Determinar a viscosidade cinemática no S. I. Dados: g = 10 m/s^2 e peso específico da água = 1000 kgf/m 3. (6,1 .10-6^ m^2 /s)
Relembrando:
A definição de viscosidade está relacionada com a Lei de Newton:
“A tensão de cisalhamento é diretamente proporcional à variação da velocidade ao longo da direção normal às placas”
τ α dv/ dy
A relação de proporcionalidade pode ser transformada em igualdade mediante uma constante, dando origem à equação 1 (Lei de Newton).
τ =μ. dv/ dy ( eq. 1 )
A viscosidade dinâmica (μ) é o coeficiente de proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento e o gradiente de velocidade. O seu significado físico é a propriedade do fluido através da qual ele oferece resistência às tensões de cisalhamento. Os fluidos que apresentam esta relação linear entre a tensão de cisalhamento e a taxa de deformação são denominados newtonianos e representam a maioria dos fluidos.
O valor da viscosidade dinâmica varia de fluido para fluido e, para um fluido em particular, esta viscosidade depende muito da temperatura. Os gases e líquidos têm comportamento diferente com relação à dependência da temperatura.
B3) Duas placas planas paralelas estão situadas a 3 mm de distância. A placa superior move-se com velocidade de 4m/s, enquanto que a inferior está imóvel. Considerando que um óleo (viscosidade cinemática é 0,15.10-4^ m 2 /s e ρ = 905 kg/m 3 ) ocupa o espaço entre elas, determinar a tensão de cisalhamento que agirá sobre o óleo. (18 N/ m^2 )
P2 - Ao apresentar as tubulações de 1/2 de polegada e 3/4 polegada, que tipo de diâmetros estes números representam, em cm?
P3 - O que Newton observou e concluiu com a experiência das duas placas?
P4 - Qual o enunciado da lei de Newton da viscosidade?
P5 - Na prática a lei de Newton da viscosidade é utilizada para calcular que tipo(s) de
grandeza(s)?
P6 - O que você entende por gradiente de velocidade?
P7 - O que você precisa conhecer para calcular o gradiente de velocidade?
P8 - Como relacionamos a viscosidade cinemática com a viscosidade dinâmica?
P9 - Qual(is) o(s) outro(s) nome(s) dado para a viscosidade dinâmica?
P10 - Qual a variação da viscosidade de um líquido observada com o aumento de sua
temperatura? Justifique.
P11 - Para um gás, ela se comportaria da mesma maneira? Justifique.
P12 - O que significa o centipoise e o centistoke.
C) Fluido Compressível
Equação De Estado dos Gases Perfeitos
Valores da massa molecular (M) e da constante de cada gás (R)
C1) (CO 2 ) 1,5 kg de CO 2 é aquecido em um recipiente mecanicamente isolado de volume 0,05 m^3 desde a temperatura de -20º C até 90º C. Determine os estados inicial e final. (P 1 = 1434,7 kPa e P 2 = 2058,2 kPa)
C2) Um tanque de 20 m 3 contem nitrogênio a 25ºC e 800 kPa. Uma certa massa de N (^2) escapa até que a pressão no tanque caia para 600 kPa. Se a temperatura neste ponto for 20ºC, determine a quantidade de N 2 que escapou. (24 %)
C3) Nas condições p 1 =1atm e T 1 =300K, certo corpo de gás perfeito apresenta volume v 1 =12L. Eleva-se a pressão para p 2 =3atm e a temperatura para T 2 =600K. Determine o novo volume ocupado pelo gás. (8L)
C4) Um recipiente fechado, à temperatura de 177ºC, abriga 5 mols de moléculas de um gás ideal que exerce pressão de 3 atmosferas. Se o recipiente for aquecido até a temperatura de 227ºC, qual o número de gás que deve escapar para que o gás continue a exercer a mesma pressão? (0,5 mol)
