Para as afirmações abaixo, assinale
para verdadeiro e
para falso.
a) ( ) Se o coeficiente de contração em uma determinação situação é 0,63 e o orificio tem 6 cm de diâmetro, a área da seção contraída (vena contracta) será de aproximadamente
.
b) ( ) Um fluido perfeito, a exemplo da água, não possui viscosidade e é incompressível.
c) ( ) No escoamento permanente, as propriedades e características hidráulicas, em cada ponto do espaço, são invariantes com o tempo.
d) ( ) No caso do escoamento uniforme, a velocidade média permanece constante ao longo da corrente (seções transversais são iguais).
e) ( ) A pressão manométrica dentro de uma tubulação de água é de 375 kPa . Sendo a pressão atmosférica local de aproximadamente 89.000 Pa , a pressão absoluta dentro da tubulação é de
.
f) ( ) Molinetes são objetos flutuantes que adquirem a velocidade das águas que os circundam. Podem ser de diferentes tipos: superficiais, subsuperficiais ou lastreados.
g) ( ) A medição direta de vazão consiste na medição do tempo de enchimento de um recipiente de volume conhecido. Se, por exemplo, uma vazão constante
encher um recipiente de 6 L em meio minuto, a vazão aferida será de
.
h) ( ) Os orificios podem ser classificados em pequenos ou grandes. Tal classificação leva em conta as dimensões do orifício e a profundidade em que se encontram.
i) ( ) Medidores diferenciais de pressão consistem em uma redução na seção de escoamento de uma tubulação, de modo a produzir uma diferença de pressão em consequência do aumento da velocidade.
j) ( ) Graças a seu formato, o venturi, no geral, introduz uma menor perda de carga no escoamento do que as placas de orifício.
a) ( ) Se o coeficiente de contração em uma determinação situação é 0,63 e o orificio tem 6 cm de diâmetro, a área da seção contraída (vena contracta) será de aproximadamente
b) ( ) Um fluido perfeito, a exemplo da água, não possui viscosidade e é incompressível.
c) ( ) No escoamento permanente, as propriedades e características hidráulicas, em cada ponto do espaço, são invariantes com o tempo.
d) ( ) No caso do escoamento uniforme, a velocidade média permanece constante ao longo da corrente (seções transversais são iguais).
e) ( ) A pressão manométrica dentro de uma tubulação de água é de 375 kPa . Sendo a pressão atmosférica local de aproximadamente 89.000 Pa , a pressão absoluta dentro da tubulação é de
f) ( ) Molinetes são objetos flutuantes que adquirem a velocidade das águas que os circundam. Podem ser de diferentes tipos: superficiais, subsuperficiais ou lastreados.
g) ( ) A medição direta de vazão consiste na medição do tempo de enchimento de um recipiente de volume conhecido. Se, por exemplo, uma vazão constante
h) ( ) Os orificios podem ser classificados em pequenos ou grandes. Tal classificação leva em conta as dimensões do orifício e a profundidade em que se encontram.
i) ( ) Medidores diferenciais de pressão consistem em uma redução na seção de escoamento de uma tubulação, de modo a produzir uma diferença de pressão em consequência do aumento da velocidade.
j) ( ) Graças a seu formato, o venturi, no geral, introduz uma menor perda de carga no escoamento do que as placas de orifício.
Passo 1
O enunciado pede que eu assinale
para verdadeiro e
para falso em cada uma das afirmações (a) a (j). Informações dadas no enunciado que vou usar: \n
- Na alínea (a): coeficiente de contração
e diâmetro do orifício . \n - Na alínea (e): pressão manométrica
e pressão atmosférica local . \n - Na alínea (g): volume do recipiente
e tempo de enchimento meio minuto . \n
As demais afirmações são conceituais sobre escoamentos, medidores e dispositivos. Não faço ainda julgamentos; apenas listei o que o enunciado fornece.
Passo 2
(a) Primeiro, o que significa coeficiente de contração
e área contraída (vena contracta). \n
- O coeficiente de contração
é a razão entre a área efetiva da seção mínima do jato após o orifício (a vena contracta) e a área geométrica do orifício. Em fórmula:
onde
é a área da seção contraída e
é a área do orifício. \n
- A área do orifício circular de diâmetro
é
Aplicando aos dados:
. Primeiro calcule
:
Avaliação numérica aproximada usando
:
Agora
. \n
- Multiplicando:
Arredondando,
, que coincide com a afirmação de aproximadamente
. \n
Conclusão: a) é verdadeira ( ).
Conclusão: a) é verdadeira (
Passo 3
(b) O que é um “fluido perfeito” e a relação com a água. \n
- Em mecânica dos fluidos, um fluido perfeito (ou ideal) costuma ser definido como um fluido sem viscosidade (inviscid), ou seja, a viscosidade dinâmica
. Em muitos problemas juntam-se também as hipóteses de incompressibilidade, mas o aspecto essencial é a ausência de viscosidade. \n - A água real tem viscosidade distinta de zero (mesmo que baixa, tem
); portanto a água não é um fluido perfeito no sentido físico. A água é, sim, muitas vezes tratada como aproximadamente incompressível em muitos problemas, mas não é inviscída. \n
Conclusão: a afirmação diz que a água é um exemplo de fluido perfeito (não possui viscosidade e é incompressível). Isso é incorreto porque a água tem viscosidade. Logo b) é falsa ().
Passo 4
(c) Significado de escoamento permanente (escoamento estacionário). \n
- Escoamento permanente (ou estacionário) significa que, em cada ponto fixo do espaço, as propriedades do fluido (velocidade, pressão, densidade, etc.) não variam com o tempo. Em notação: para uma propriedade genérica
, no escoamento permanente em cada . \n - Portanto a frase “as propriedades e características hidráulicas, em cada ponto do espaço, são invariantes com o tempo” é a definição exata de escoamento permanente. \n
Conclusão: c) é verdadeira ().
Passo 5
(d) O que é escoamento uniforme e implicações para velocidade média e seções transversais. \n
- Escoamento uniforme significa que as propriedades do escoamento são constantes ao longo da direção de escoamento (direção do fluxo): ou seja, não há variação ao longo do eixo do conduto. Em notação:
ao longo do eixo. \n - Para um fluido incompressível e escoamento permanente temos a continuidade
, onde é a vazão volumétrica (constante ao longo do escoamento), é a área da seção e é a velocidade média na seção. Se o escoamento é uniforme e a velocidade média permanece constante ao longo da corrente, então, para manter constante, a área também deve ser constante. \n - Portanto a afirmação “a velocidade média permanece constante ao longo da corrente (seções transversais são iguais)” descreve corretamente o escoamento uniforme. \n
Conclusão: d) é verdadeira ().
Passo 6
(e) Diferença entre pressão manométrica (gauge) e pressão absoluta; cálculo numérico. \n
- Pressão manométrica (ou pressão relativa / gauge)
é a pressão medida em relação à pressão atmosférica. A pressão absoluta é a soma da pressão manométrica com a pressão atmosférica: - Dados:
e . Então - A afirmação do enunciado dá
como pressão absoluta. Esse valor corresponde a , i.e., subtração em vez de soma. \n
Conclusão: e) é falsa ().
Passo 7
(f) O que são molinetes e tipos. \n
- “Molinetes” no contexto hidrométrico são dispositivos/objetos flutuantes usados para seguir o movimento da água e estimar velocidades superficiais. Eles tendem a selecionar a velocidade da água onde se deslocam (por isso “adquirem a velocidade das águas que os circundam”). \n
- Existem diferentes tipos conforme a posição na coluna d’água: superficiais (flutuam na superfície), subsuperficiais (entre superfície e fundo) e lastreados (com lastro para ficarem a uma profundidade desejada). \n
Conclusão: f) é verdadeira ().
Passo 8
(g) Medição direta de vazão por enchimento de recipiente e cálculo numérico. \n
- Na medição direta de vazão, mede-se o volume
coletado em um intervalo de tempo e calcula-se . \n - No exemplo dado:
e . Então - A afirmação que diz que a vazão será
está errada (confundiu volume com vazão instantânea ou ignorou o tempo). \n
Conclusão: g) é falsa ().
Passo 9
(h) Classificação de orifícios em pequenos ou grandes — critérios. \n
- A classificação “orifício pequeno” ou “orifício grande” leva em conta a relação entre as dimensões do orifício (diâmetro
, geometria) e a profundidade ou altura do reservatório/nível upstream (ou seja, a profundidade/altura de imersão). Em termos práticos, se o orifício é muito pequeno em relação à profundidade/área do reservatório e a superfície é praticamente plana, trata-se de orifício pequeno; se o orifício tem dimensões comparáveis às do reservatório ou à profundidade, fala-se em orifício grande. \n - Portanto, a classificação leva em conta tamanho/dimensões e profundidade onde se encontram, como afirma a questão. \n
Conclusão: h) é verdadeira ().
Passo 10
(i) Medidores diferenciais de pressão e princípio de funcionamento. \n
- Medidores diferenciais de pressão (ex.: placa de orifício, venturi, bocal) funcionam reduzindo a seção de escoamento em um ponto; pela continuidade
a velocidade aumenta na restrição, e pela equação de Bernoulli (entre duas seções) ocorre uma queda de pressão estática na parte de velocidade maior. Assim aparece uma diferença de pressão relacionada à vazão. \n - Portanto a descrição “consistem em uma redução na seção de escoamento … produzir uma diferença de pressão em consequência do aumento da velocidade” está correta. \n
Conclusão: i) é verdadeira ().
Passo 11
(j) Venturi versus placa de orifício em termos de perda de carga. \n
- O venturi tem um perfil convergente-divergente suave projetado para acelerar e depois desacelerar o fluido com perdas menores por separação e efeitos dissipativos. A placa de orifício é uma restrição abrupta (borda afiada) que provoca maior turbulência e maiores perdas permanentes de carga. \n
- Na prática, para a mesma redução de seção e para medição de vazão, o venturi geralmente introduz menor perda de carga permanente no sistema do que a placa de orifício. \n
Conclusão: j) é verdadeira ().
Resposta
a) V
b) F
c) V
d) V
e) F
f) V
g) F
h) V
i) V
j) V
b) F
c) V
d) V
e) F
f) V
g) F
h) V
i) V
j) V