Exercicios Fenomenos do transportes EAD UNISUAM

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UNIDADE 1 
Propriedades dos fluidos
1. Um fluido encontra-se em um recipiente com volume de 300L. Sabendo que a massa desse fluido é de 2kg, qual a sua densidade em kg/m³?
B. 6,67kg/m³.
Resolução Massa = 𝑚𝑚 = 2,0 kg; Volume = 𝑉𝑉 = 300 L = 300 dm3 = 0,3 m3. Densidade = massa/volume ⟶ 𝜌𝜌 = 𝑚𝑚 𝑉𝑉 = 2 0,3 = 6,67 kg/m3
2. O peso específico relativo para líquidos é relacionado com o peso específico da água em condições padrão de temperatura e pressão. Sabendo que o peso específico relativo de uma substância é de 0,8, determine o seu peso específico.
C. 8000N/m³.
O peso específico é de 8000N/m³, pois o peso específico da água é de 10000N/m³. Assim, para saber o peso específico de uma substância, basta multiplicar o seu peso específico relativo pelo peso específico da água.
3. A viscosidade cinemática de um óleo lubrificante é de 0,028m²/s, e seu peso específico relativo é de 0,85. Qual a sua viscosidade dinâmica, em Pa.s? Sabe-se que a aceleração gravitacional local é de 10m/s².
D. 23,8Pa.s.
dados:
v = 0,028 m/s
γ  relativo = 0,85
g = 10 m/s^2
γ  h20 = 10000 N/m^3
primeiro vamos achar o valor de  γ :
γ  relativo = γ  fluido / γ  h20
γ  fluido = 10000.0,85
γ  fluido = 8500 N/m^3
agora vamos achar o peso específico:
ρ = γ  / g
ρ = 8500 /10
ρ = 850 Kg / m^3
agora vamos achar a viscosidade dinâmica (μ)
μ = ρ.v
μ = 850.0,028
​​​​​​​
resposta final
μ = 23,8 N.s /m^2
μ = 23,8 Pa.s
4. A velocidade é um fator determinante na viscosidade de um fluido. Muitos estudos apresentam o cálculo da viscosidade a partir da velocidade média de um fluido viscoso. Como é chamado o fluido com viscosidade variável com a velocidade em que a tensão de cisalhamento não é diretamente proporcional à taxa de deformação?
D. Fluido não newtoniano.
Quando a taxa de deformação não é proporcional à tensão de cisalhamento do fluido, este é chamado de fluido não newtoniano e possui viscosidade variável conforme a velocidade é alterada. Os fluidos em que a taxa de deformação é diretamente proporcional à tensão de cisalhamento são conhecidos como fluidos newtonianos.
5. A viscosidade dinâmica é uma substância dada em função do aumento das tensões de cisalhamento aplicadas à substância. A proporção em que o fluido se deforma em função do tempo é chamada de:
C.taxa de deformação do fluido.
A proporção em que o fluido se deforma em função do tempo é chamada de taxa de deformação. A taxa de deformação do fluido é a relação entre velocidade e altura ocupada pelo fluido (espessura). Como a velocidade do fluido é dada em metros por segundo, a taxa de deformação será a proporção de deformação do fluido com o aumento da espessura em função do tempo.
Hidrostática - Conceitos Fundamentais e Lei de Stevin
1. Um recipiente de 250 mL contém 200 g de líquido.
A densidade do líquido, em unidades do SI, vale: (Dado: 1 mL = 10 -3 L)
D. 800 kg/m3
Muito bem!
Você provavelmente se lembrou das relações entre as unidades de volume e massa.
Sendo 1L= 10 -3 m3 temos que 250mL=250 x 10-6m3 Para massa, temos que 1g=10-3Kg , temos que 200g = 200 x 10-3 Kg
Logo:
2. A janela de um submarino possui um raio R e espessura e. O fabricante garante que a janela suporta uma força máxima F. Encontre uma expressão para a profundidade máxima, h, de segurança do submarino, considerando que a pressão no interior do submarino é mantida em p0, a mesma pressão no nível do mar, a densidade da água vale ρ e a aceleração da gravidade local é g.
3 - Suponha que um submarino tenha a parte superior lisa com área A = 1200 m² e que a densidade da água do mar seja 1000 kg/m³. Qual é a força total empurrando para baixo sobre a parte superior do submarino na profundidade de 300 m? Suponha que no interior do submarino a pressão seja mantida igual à pressão atmosférica e use g = 9,80 m/s².
C. 3,528 x 10 9 N
4 - Em um mesmo recipiente, coloca-se água e óleo. Quando os dois líquidos se estabilizam, percebe-se que a camada de água tem 50,0 cm de espessura, enquanto a camada de óleo tem 10,0 cm de espessura.
Calcule a pressão no fundo do recipiente.
B. 1,058 x 105 Pa5
5 - Um barril de 1,40 m de altura e diâmetro de 80,0 cm possui um perigoso líquido dentro! Sabe-se que ele está totalmente cheio e que a pressão no fundo é de 1,40 atm. Qual a massa do líquido?
Dados:
1 atm = 1,00 x 105 Pa
g = 9,80 m/s2
A. 2052 kg
Pressão
1. Qual a diferença entre pressão absoluta e pressão de vácuo?
A. A pressão absoluta é a pressão real em determinada posição e a pressão de vácuo são as pressões abaixo da pressão atmosférica.
A pressão absoluta é medida com relação ao vácuo absoluto (ou seja, a pressão absoluta zero). As pressões de vácuo são medidas pelos medidores de vácuo, que indicam a diferença entre a pressão atmosférica e a pressão absoluta.
2. Um medidor de vácuo conectado a uma câmara mostra a leitura de 0,41 kgf/cm² em uma localização na qual a pressão atmosférica é de 1,02 kgf/cm². Determine a pressão absoluta na câmara.
B. 8,6762 psi
Pabs=Patm-Pvacuo Pabs=(+0,41)-(+1,02)=0,61 kgf/cm²=8,6762 psi
3. Considerando a variação da pressão com a profundidade é correto afirmar que:
C. A pressão em um tanque contendo um gás, por exemplo, pode ser considerada uniforme, uma vez que o peso do gás é muito baixo para fazer uma diferença apreciável.
A pressão em uma sala cheia de ar pode ser suposta constante.
4 - Considere o manômetro de coluna usado para medir a pressão do tanque mostrado na figura abaixo. O fluido tem densidade relativa de 0,7 e a altura da coluna h=40 cm. A pressão atmosférica local é de 96 kPa. Determine a pressão absoluta.
C. 98,75 kPa.
A densidade relativa do fluido manométrico é 0,7. Supomos que a densidade padrão da água seja 1.000 kg/m³.
5 - A água de um tanque é pressurizada a ar e a pressão é medida por um manômetro de coluna de vários fluidos, como mostra a figura. O tanque está localizado em uma montanha a uma altitude de 1.400 m, onde a pressão atmosférica é de 85,6 kPa. Determine a pressão do ar no tanque se h1=0,1 m, h2=0,2 m e h3=0,35 m. Tome as densidades da água, do óleo e do mercúrio como 1.000 kg/m³, 850 kg/m3, e 13.600 kg/m³, respectivamente. ,
D. 129,65 kPa.
P1+1000.9,81.0,1+850.9,81.0,2-13600.9,81.0,35=85600
P1=129646,9 Pa=129,65 kPa
Hidrostática
1. A hidrostática é a parte da mecânica dos fluidos que estuda o comportamento dos fluidos em determinada situação. Existem diversos equipamentos que trabalham utilizando a hidrostática. A partir de conceitos básicos de hidrostática, analise as alternativas e marque a correta.
E. Hidrostática estuda os fluidos, tanto líquidos quanto gasosos, em repouso ou em equilíbrio estático. Estuda também a inserção de objetos em fluidos parados, analisando o empuxo.
A hidrostática estuda os fluidos, tanto líquidos quanto gasosos, em repouso ou em equilíbrio estático. Estuda também a inserção de objetos em fluidos parados, analisando o empuxo. A hidrostática analisa os fluidos que sofrem influência apenas da força gravitacional e que, ao terem corpos inseridos dentro deles, adquirem pressão hidrostática.
2. Força gravitacional é a força que surge a partir da interação entre dois corpos, e ela ocorre em fluidos em repouso de forma constante. Além disso, corpos imersos em fluidos em repouso sofrem pressão hidrostática. A partir de conceitos básicos sobre pressão hidrostática e sobre os fatores que a influenciam, marque a alternativa correta.
A. A pressão hidrostática é o produto entre densidade, aceleração gravitacional e diferença de profundidade entre dois pontos. Portanto, sua ação é influenciada por essas três propriedades da equação.
A pressão hidrostática é o produto entre densidade, aceleração gravitacional e diferença de profundidade entre dois pontos. Portanto, sua ação é influenciada por essas três propriedades da equação. Quanto mais profundo e mais denso for o fluido, maior é a aceleração gravitacional e a pressão exercida sobre o corpo que está afundando ou se movimentando dentro do fluido.
3. Os fluidos em movimento possuem características diferentes das dos fluidos em repouso, diferençaque pode ser observada a olho nu durante análises experimentais. Além disso, os fluidos são aplicados de formas divergentes em cada situação, pois o fluido em escoamento tem a função de gerar energia em motores que exigem maiores velocidades, já os fluidos hidrostáticos são melhor aplicados em equipamentos que alcançam pequenas velocidades. Com base nas características dos fluidos em condições de repouso, marque a alternativa correta.
A. Em repouso, os líquidos que não podem ser comprimidos liberam de forma total e igual a pressão por eles recebida.
Em repouso, os líquidos que não podem ser comprimidos liberam de forma total e igual a pressão por eles recebida. A pressão exercida em um ponto do fluido será transmitida, ou liberada, de forma integral para um outro ponto, seguindo o Princípio de Pascal.
4. Diversas equações foram desenvolvidas para a análise dos fluidos, fundamentadas em resultados de estudos experimentais. Sendo assim, foi desenvolvido o Princípio de Arquimedes, por Arquimedes, em meados de 212 a.C. Com base na descoberta de Arquimedes, marque a alternativa correta.
D. Arquimedes desenvolveu o conceito de empuxo com base em resultados de análises de inserção de objetos dentro de fluidos em repouso.
Arquimedes desenvolveu o conceito de empuxo com base em resultados de análises de inserção de objetos dentro de fluidos em repouso.  Por meio dessa análise, ele chegou à seguinte definição: todo corpo imerso em um fluido sofre o empuxo, força que empurra o corpo verticalmente para cima, com intensidade igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo, e que tem relação com a densidade do objeto e do fluido.​​​​​​​
5. Com base no princípio de Arquimedes, tem-se a definição da equação do empuxo, a qual analisa a força vertical que puxa o corpo para cima quando esse corpo está submerso em um fluido com equilíbrio estático. Com base na equação do empuxo, marque a alternativa correta.
C. Se a força do empuxo tiver maior intensidade que o corpo, este flutuará, subindo para a superfície.
Se a força do empuxo tiver maior intensidade que o corpo, este flutuará, subindo para a superfície. Por outro lado, se o empuxo tiver menor intensidade que o corpo, este afundará; e se o empuxo tiver a mesma intensidade que o corpo, este ficará em equilíbrio.
UNIDADE 2
Equação da continuidade e a equação de Bernoulli
1. Aumentar ou reduzir a velocidade de escoamento de um fluido é atividade cotidiana. Um pedreiro consegue preencher um reservatório com 2.000L de água. Ele sabe que a mangueira disponível tem 10cm de diâmetro e enche o tanque a 25,0m/s.
Qual é o diâmetro necessário para reduzir o tempo de preenchimento pela metade?
E. 0, 40cm2.
2. A equação da continuidade descreve o princípio da conservação da massa e é uma equação fundamental na hidrodinâmica. Considere que a velocidade em determinado ponto de um fluido incompressível que está escoando através de um tubo de raio igual a r seja de 0,8m/s. Qual será a velocidade em um segundo ponto que tem raio igual a r/4?
B. 12,8m/s.
3 – Muitos problemas que envolvem o escoamento de fluidos e o desenvolvimento de aplicações baseiam-se na equação de Bernoulli.
A. 8,99 x 105Pa.
B. 
4 - Considere que um cano esteja conectado a um reservatório de água, conforme a figura.
O nível da água no reservatório superior está a uma altura H=25,0m, acima do eixo desse tubo. Da extremidade do encanamento, a água flui para um espaço aberto. Considerando os diâmetros (d) de cada trecho do cano apresentados na figura, qual a vazão e a velocidade de escoamento nos trechos 1, 2 e 3? Considere g = 9,8m/s2.
E. Rv = 0,88m/s; V1 = 12,4m/s; v2 = 49,8m/s; v3 = 7,0m/s.
5 – 
B.v1 = 2,1m/s e v2 = 6,9m/s.
Perda de carga no escoamento de fluidos
1. O tipo de escoamento que tem como característica o fato de as partículas apresentarem um movimento aleatório macroscópico, isto é, a velocidade das partículas apresenta componentes transversais ao movimento geral do conjunto do fluido, é o: 
D.escoamento turbulento.
O escoamento em que as partículas de fluido se movimentam de forma aleatória e desordenada é chamado de escoamento turbulento. Nessa situação, as partículas dos fluidos se misturam enquanto se movimentam, ou seja, há movimentação transversal e lateral à direção principal do movimento. Quando um fluido escoa com baixas vazões, o escoamento é suave e ordenado e, nesse caso, é chamado de escoamento laminar. Um escoamento é dito incompressível quando sua densidade permanece constante ao longo do tempo, e compressível quando sua densidade varia sensivelmente com o tempo e esse efeito não pode ser desprezado. Na prática, todos os escoamentos são viscosos, pois não existe fluido com viscosidade zero.
2. O número de Reynolds é um parâmetro adimensional usado para determinar o regime de escoamento de um fluido sobre uma superfície externa ou dentro de um conduto. No caso do escoamento em tubos, quais são os intervalos para o número de Reynolds classificar o escoamento em laminar ou turbulento?​​​​​​​
B. Escoamento laminar: Re < 2.300; escoamento turbulento: Re > 4.000.
O número de Reynolds no qual o escoamento deixa de ser laminar é chamado de número de Reynolds crítico e é igual a 2.300. Ou seja, abaixo desse valor, o escoamento sempre será laminar. A partir desse valor, ocorre o escoamento de transição, e, para valores maiores que 4.000, o escoamento se torna turbulento.
3. No escoamento interno de fluidos, há duas regiões de interesse: a região de entrada e a região de escoamento completamente desenvolvido. O perfil de velocidade em cada uma dessas regiões apresenta características específicas. Nesse contexto, a velocidade média (VMED) para escoamento laminar completamente desenvolvido em um tubo é:
A. VMAX/2.
O perfil de velocidade para escoamento laminar completamente desenvolvido é uma parábola descrita pela seguinte equação:
u(r) = 2 VMED (1 - r2/R2)
Em que u(r) é a velocidade ao longo do raio, VMED é a velocidade média, r é a distância do eixo central onde u(r) é calculada e R é o raio da tubulação.
A velocidade máxima (VMAX) do escoamento ocorre no eixo central e é calculada quando r = 0:
u(0) = VMAX = 2 VMED (1 - 0/R2)
Logo, VMAX = 2 VMED e VMED= VMAX/2.
4. Para o escoamento de água com densidade de 1.000 kg/m3 e viscosidade de 10-3 Pa.s em um duto de 0,1 cm de diâmetro e velocidade média de 0,4 m/s, qual é a queda de pressão aproximada da água para um comprimento de tubo de 50 m?
C. 1.600 kPa.
Primeiramente, deve-se determinar se o escoamento é laminar ou turbulento. Para isso, calcula-se o número de Reynolds:
Re = ρVD/μ
Em que D é o diâmetro interno por onde o fluido escoa, μ a viscosidade absoluta, ρ a densidade do fluido e V a velocidade média do fluido.
Substituindo valores, tem-se:
Re = 1000.0,4.0,001/10-3
Logo, Re = 400, e o escoamento é laminar.
O fator de atrito desse escoamento será:
f = 64/Re = 64/400 = 0,16
Assim, pode-se calcular a perda de pressão pela seguinte equação:
∆P = (f.L.ρ.V)/(2.D)  
Substituindo valores, tem-se:
∆P = (0,16.50.1000.0,4)/(2.0,001)  
Logo, ∆P = 1.600 kPa.
5. Em determinada tubulação, a perda de carga é de 4,80 m. Mantendo-se a mesma vazão e demais parâmetros constantes, se for duplicado o diâmetro dessa tubulação, qual será a nova perda de carga?
B. 0,15 m.
A perda de carga pode ser calculada pela seguinte equação:
hL = (f.L.VMED2)/(2gD)
Considerando que a vazão volumétrica é mantida constante, pode-se substituir esse parâmetro na equação acima, sabendo que a vazão volumétrica é calculada por VMED.A, em que A é área da seção transversal:
hL = [f.L.(Q)2]/(2gDA2)
Substituindo a área (A) pela sua equação que relaciona com o diâmetro, tem-se:
A = πD2/4
Assim, hL= [4f.L.(Q)2]/[2gD(πD2)2]
Observe, na equação acima, que a perda de carga é inversamente proporcional à 5ª potência do diâmetro. Logo, se for duplicado o diâmetro, a perda de carga será reduzida em 32 vezes (25). 
Assim, 4,8/32 = 0,15 m.
Equação da energia
1. Em fluidos, a equação da energia mecânica e do balanço de energia é dada pela equação de Bernoulli, que é derivada das equações de Euler.Sendo assim, é correto afirmar que a equação de Bernoulli da energia mecânica leva em consideração as seguintes formas de energia em um meio fluido:
C. energia cinética, energia potencial e energia de pressão.
A equação de Bernoulli representa a energia mecânica aplicada a um meio fluido e leva em consideração a energia cinética, com variação de velocidade; a energia potencial, com variação de altura em um campo gravitacional; e a energia de pressão, com a parcela da pressão pela densidade do fluido.
2. O ar atmosférico escoa em regime permanente de um bocal horizontal para uma máquina de fluxo. Na entrada do bocal, a área é de 0,5m² e, na saída, é de 0,01m². Com base nisso, determine a velocidade necessária na entrada do bocal para produzir uma pressão de saída de 95kPa. Sabe-se que a densidade do ar nas condições apresentadas é ρ = 1,23kg/m³.
D. 101,2m/s.
Aplicando a equação da continuidade, tem-se a velocidade 1 em função da velocidade 2: V1 = 0,02V2. Substituindo esse fator no balanço de energia mecânica e atribuindo pressão atmosférica na entrada (101,3kPa), encontra-se a velocidade na saída de V2 = 101,23m/s.
3. A eficiência de uma máquina de fluxo é igual a 45%. Sabendo que a potência útil fornecida à máquina é de 151kW, determine, em kW, a potência na saída da máquina.
E. 67,9kW.
A eficiência (0,45) é calculada pela razão entre potência de saída e potência de entrada (151). Multiplicando 0,45 por 151, obtem-se a potência na saída de 67,9kW.
4. Sabe-se que a energia cinética de uma partícula é a energia que ocorre devido ao movimento tangencial ou rotacional dessa partícula de massa m. Sendo assim, por que é correto afirmar que, quando a energia cinética de um corpo varia, ele realiza trabalho?​​​​​​​
A. Porque a variação da energia cinética do corpo faz com que a sua velocidade mude entre dois pontos, variando sua posição.
Trabalho não é igual à energia cinética. Trabalho é igual à variação da energia cinética, pois, para que haja variação de energia cinética, precisa ter deslocamento, fazendo com que varie, também, a velocidade da partícula, e a velocidade só pode variar quando instigada por algum esforço externo.
5. A equação de Bernoulli é uma extensão da equação da energia de Euler e pode ser aplicada em fluidos com algumas considerações. Para quais cálculos a equação é abreviada em termos do seu peso específico?
B. Escoamentos em gases.
Para que a equação de Bernoulli seja aplicada, o escoamento precisa ocorrer em regime permanente, para fluidos incompressíveis e sem atrito. É comum que o peso específico apareça na equação quando o escoamento de um gás é analisado.
Análise das energias dos fluidos em escoamento
1. O vapor sai de uma panela de pressão cuja pressão de operação é de 30 psia. Observa-se que a quantidade de líquido na panela diminuiu em 0,4 gal em 45 minutos depois de terem sido estabelecidas as condições de operação estáveis, e a área da secção transversal da abertura de saída é de 0,15 in2. Marque a alternativa que apresenta, respectivamente, o fluxo de massa do vapor e a velocidade de saída.
A. Propriedades da água líquida e do vapor saturados na pressão de 30 psia (tabela A-5E)
2. O vapor sai de uma panela de pressão cuja pressão de operação é de 30 psia. Observa-se que a quantidade de líquido na panela diminuiu em 0,4 gal em 45 minutos depois de terem sido estabelecidas as condições de operação estáveis, e a área da secção transversal da abertura de saída é de 0,15 in2. Marque a alternativa que apresenta, respectivamente, as energias total e de escoamento do vapor por unidade de massa.
C. 
Propriedades da água líquida e do vapor saturados na pressão de 30 psia (tabela A-5E):
3. O vapor sai de uma panela de pressão cuja pressão de operação é de 30 psia. Observa-se que a quantidade de líquido na panela diminuiu em 0,4 gal em 45 minutos depois de terem sido estabelecidas as condições de operação estáveis​​, e a área da secção transversal da abertura de saída é de 0,15 in2. Marque a alternativa que apresenta a taxa com a qual a energia sai da panela transportada pelo vapor e o erro referente à desconsideração da energia cinética.
B. 
4. Refrigerante- 134a entra no compressor de um sistema de refrigeração na forma de vapor saturado a 0,14 MPa, e sai como vapor aquecido a 0,8 MPa e 60 ° C a uma taxa de 0,06 kg / s. Determinar as taxas de transferência de energia por massa para dentro e para fora do compressor. Assuma que as contribuições das energias cinética e potencial são insignificantes.
A. 
a) 14,35 kW e 17,81 kW
A entalpia do refrigerante é encontrada nas tabelas A-12 e A-13:
5. Marque a alternativa que apresenta a (s) forma (s) de transferência de energia para (ou a partir de) um volume de controle durante o escoamento de um fluido.
E. e) Calor, trabalho e massa.
Estas são as três formas de transferência de energia entre corpos adjacentes; logo estarão presentes durante o escoamento de um fluido, pois calor e trabalho podem ser adicionados ou retirados do volume de controle, enquanto a massa, ao movimentar-se, carrega consigo a energia do volume considerado.
UNIDADE 3
Fundamentos dos escoamentos em dutos
​​​​​​​1. O número de Reynolds (abreviado como Re) é utilizado para o cálculo do regime de escoamento de um fluido no interior de um tubo ou de um duto. Considere que um sistema hidráulico opera com óleo SAE 10W, de densidade igual a 920kg/m³ e viscosidade dinâmica de 0,018kg/(m.s), à temperatura de 55°C. Sabendo que o fluido escoa a uma velocidade média de 0,147m/s, e que o tubo tem 1m de diâmetro, qual é o número de Reynolds para o escoamento?​​​​​​​
A. 7.513,33.
O número de Reynolds é obtido pelo produto da densidade pela velocidade média do escoamento, dividido pela viscosidade do fluido. Dessa forma, o número de Reynolds calculado é igual a 7.513,33 (escoamento turbulento).
2. Em escoamento laminar, o perfil de velocidade é parabólico. Em escoamento turbulento, não há uma definição correta, porém o escoamento acontece em quatro camadas. Quais são elas?​​​​​​​
E. Subcamada viscosa, subcamada amortecedora, camada de transição e camada externa.
As quatro camadas são dadas por duas subcamadas –viscosa e amortecedora, respectivamente – seguidas por duas camadas mais ao centro do escoamento em sentido radial, chamadas camada de transição e camada externa, respectivamente.
3. A Lei da Parede para a determinação do perfil de velocidade empírico-turbulento envolve a determinação da velocidade de atrito na subcamada viscosa. Além do método da Lei da Parede, quais outros métodos existem para estimar o perfil de velocidade turbulento?​​​​​​​
C. Lei Logarítmica, Lei do Defeito da Velocidade e Lei da Potência.
O fator de atrito de Darcy é empregado nos cálculos de perda de carga e de potência; já o príncipio de Arquimedes envolve o peso de um corpo imerso e a força de flutuação agindo sobre o corpo. A Lei de Hooke, por sua vez, estabelece uma relação entre tensão aplicada e deformação. Esses três fatores, portanto, não podem ser empregados para a determinação de perfil de velocidade em escoamento viscoso. As leis para estimativa empírica do perfil de velocidade são: Lei Logarítmica, Lei do Defeito da Velocidade e Lei da Potência em escoamento turbulento.
4. O objetivo no transporte de fluidos por bombas é transferir energia ao fluido, compensar as perdas por atrito e aumentar a vazão no transporte com diferença de altura ou de pressão. Suponha que escoe petróleo cru por uma tubulação horizontal com auxílio de uma bomba com eficiência de 85%. Qual potência deve ser fornecida na entrada da estação de bombeamento para vazão de 2,94m³/s? Considere que a queda de pressão estimada ao longo do escoamento é de 7,92MPa​​​​​​​.
B. 27,41MW.
A eficiência da bomba é dada pela relação entre a sua potência e a potência necessária na entrada do sistema. A potência da bomba é calculada pelo produto da vazão volumétrica pela queda de pressão. Após calcular a potência da bomba, basta dividir o valor encontrado por 0,85, de modo a obter potência de entrada igual a 27,41MW.
5. Em escoamentolaminar, a região de entrada do fluido é definida por um comprimento de entrada. Esse comprimento é compreendido entre quais distâncias?​​​​​​​
A. Entre a região de entrada e a região de comportamento completamente desenvolvido.
A distância que envolve o chamado comprimento de entrada está compreendida entre a região de entrada do escoamento e a região de comportamento completamente desenvolvido.
Estudo dos Escoamentos de Fluidos em Condutos Forçados e Livres
1. Um conduto cilíndrico interliga dois tanques de cerveja artesanal a uma velocidade constante e com diferença de 10 metros entre suas cotas. O fluido dentro dos tanques é mantido a uma pressão de 101.325 Pa e ocupa 95% da área do conduto quando transportado. Defina que tipo de escoamento ocorre nesse conduto e quais são os principais parâmetros que devem ser levados em consideração em seu cálculo de dimensionamento ou verificação.
E. Ocorre escoamento à superfície livre, pois 101.325 Pa é o valor médio da pressão atmosférica, além disso o conduto não está completamente preenchido pelo fluido. Os principais parâmetros para cálculo do conduto são a vazão que se deseja escoar e a diferença de cota entre os tanques.
Esta opção está correta, pois aponta que o escoamento está sob a pressão atmosférica e que os principais parâmetros para o cálculo do conduto são a vazão desejada e a diferença de conta entre o início e o fim da tubulação.
2. Para um conduto cilíndrico de raio R, calcular a área molhada, o perímetro molhado e o raio hidráulico em duas situações: ( conduto completamente cheio de água e (2) conduto 50% preenchido. Identificar o escoamento que ocorre em cada uma das situações e qual escoamento é mais influenciado pelas paredes do contorno sólido.
B. A1 = πR2; PM1 = 2πR, RH1 = R/2, escoamento em conduto forçado
A2 = (πR2)/2; PM2 = πR, RH2 = R/2, escoamento à superfície lívre.
Ambos os escoamentos possuem a mesma influência, pois o valor de RH é igual nos dois casos.
Resposta correta, pois, apesar de as áreas e o perímetro em cada caso serem diferentes, a interação entre eles resulta no mesmo nível de influência das paredes no escoamento. A classificação dos escoamentos também está correta.
3. O tanque tem uma entrada e uma saída de água. Determine a altura H do tanque em função da área A, velocidade de entrada V1 em um bocal com diâmetro d1 e velocidade de saída V2 em um bocal com diâmetro d2, após um intervalo de tempo t, sendo que o tanque se encontrava vazio. Determine também o tempo de enchimento do tanque conforme os dados:
H = 10m; A = 2,5m2 V1 = 0,7m/s; d1 = 20cm; V2 = 3m/s; d2 =15 cm.
C. H = (V2d22 – V1d12)tπ/4A 806 segundos.
Opção correta, equação deduzida de forma adequada, considerando a diferença de vazões e entrando com todos os dados com as unidades do Sistema Internacional.
4 - De uma grande barragem, parte uma canalização de 250mm de diâmetro, de onde a água passa para a atmosfera sob a forma de jato. A vazão deste jato é 360L/s. Calcular a velocidade Vj do jato e a altura (H) na barragem. Considere que não há perda de energia no processo e que a velocidade de decaimento do nível da barragem é nula.
A. Vj = 7,33m/s e H =2,74m.
Resposta correta, a chave para resolver o exercício é entender como as equações vistas nesta Unidade de Aprendizagem se aplicam. A energia do escoamento deve ser a mesma em todos os seus pontos, portanto a energia na superfície da barragem e no jato que sai pela tubulação é a mesma.
Zbarragem + Pbarragem/γ + Vbarragem2/2g
=
Zjato + Pjato/γ + Vjato2/2g
As pressões em ambos pontos estão em contato com a atmosfera, logo possuem o mesmo valor e se anulam, a Vbarragem é nula, logo sobra apenas:
Zbarragem – Zjato = Vjato2/2g
A diferença de cotas entre os dois pontos é o próprio H que queremos descobrir.
H = Vjato2/2g
A Vjato pode ser expressa em função da vazão e do diâmetro, valores disponíveis no problema:
Vjato = Q/π(d/2)2.
5 - Uma tubulação vertical de 200mm de diâmetro apresenta, em um pequeno trecho, uma seção contraída de 100mm, onde a pressão é de 1 atm. A 4 metros acima desse ponto, a pressão eleva-se para 18mca. Calcular a velocidade e a vazão no trecho de diâmetro 200mm. Considerar escoamento permanente e sem perda de energia.
A. V = 3,91m/s e Q = 0,12m3/s.
A resposta está correta, pois, como o escoamento é permanente, a vazão é constante ao longo de todo o escoamento, portanto:
Q200 mm = Q100 mm π(0,20/2)2 V200 mm = π(0,10/2)2 V100 mm V100 mm = 4V200 mm
Aplicando Bernoulli, temos:
Z200 mm + P200 mm/γ + V200 mm2/2g = Z100 mm + P100 mm/γ + V100 mm2/2g (Z200 mm - Z100 mm)+ (P200 mm/γ - P100 mm/γ) = (4V200 mm2 - V200 mm2)/2g 4 + (18 – 10,3) = 15V200 mm2/(2 X 9,806) V200 mm = 3,91 m/s
Aplicando equação da continuidade:
Q = π(0,20/2)2 3,91 = 0,12 m3/s.
Equação da Energia para Escoamento em Tubos: Cálculo de Perda de Carga
1. Água a 20 ºC escoa por um tubo inclinado de 8 cm de diâmetro. Nas seções A e B, são obtidos os seguintes dados: PA = 186 kPa, VA = 3,2 m/s, ZA = 24,5 m, PB = 260 kPa, QB = 0,016 m³/s e ZB = 9,1 m. Qual é o sentido do escoamento? Qual é a perda de carga em metros?
D. A para B, hp = 7,86m.
Sai de A para B, Hp = 7,86m
Resolução:
Diâmetro A = Diâmetro B
Logo vA = vB
Hp = ?
P1 = P2 + ΔP
HA = ZA + PA/Υh2O +vA^2/(2.10)
HA = 24,5 +186000/9810 + 3,2/(2.9,8) = 43,98 m
HB = 9,1 + 260000/9810 + 3,2/(2.9,8) = 36,12 m
Hp = HA – HB = 43,98 – 36,12 = 7,86m
HA > HB, logo o Sentido é de A por ser maior energia p/B
2. Considere as seguintes informações sobre um conduto de ferro fundido: o fluido que nele escoa está em regime turbulento rugoso, o conduto possui um raio de 0,25 metros e o fator f se alterou de 0,01665 para 0,02476 ao longo de 20 anos. Qual é coeficiente de envelhecimento desse conduto?
B. 0,000063 m/ano
Qual o coef. Envelhecimento? ε=? 𝐽 √𝑓 = −2,035 𝑙𝑜𝑔 ( 𝜀 𝑅 ) + 1,679 𝐽 √𝑓0,02476 = −2,035 𝑙𝑜𝑔 ( 𝜀 0,25) + 1,679 − 6,355 − 1,679 2,035 = −2,29785 = 𝑙𝑜𝑔 ( 𝜀 𝑅 ) 10〖^(-2,29785)〗=(ε/0,25) ε20 anos = 0,001259 ε1 ano = 0,001259/20 = 0,000063
3 - Quanto ao fator de perda de carga f pode-se dizer que as afirmações a seguir:
I) O escoamento laminar tem o gradiente de pressão ao longo do comprimento do escoamento quando o Número de Reynolds é menor que 4100.
II) O escoamento turbulento liso, o escoamento é turbulento e o conduto é hidraulicamente liso e afeta diretamente o valor do fator f. Aonde:
III) O fator f por Colebrook-White, combinam duas equações abarcando o turbulento vindo do laminar e a transição entre turbulento liso e rugoso é representado por:
C. Somente III está correta
A condição correta é que O fator f por Colebrook-White, combinam duas equações abarcando o turbulento vindo do laminar e a transição entre turbulento liso e rugoso é representado por: 1 √𝑓 = 2,0 𝑙𝑜𝑔 ( 𝜀 3,706𝐷 + 2,51 𝑅√𝑓 ) Que busca uma saída entre duas faixas de intersecção importantes, o escoamento passa de laminar para turbulento. O fluxo laminar neste caso da fórmula é para o Número de Reynolds menor que 2100. O escoamento turbulento liso aplica a equação e não a aplicada na proposição, sendo: 𝐽 √𝑓 = 2 𝑙𝑜𝑔(𝑅√𝑓 ) − 0,8
4. Os condutos são projetados para durar, em média, 50 anos. A rugosidade de um conduto varia ao longo do tempo. Com o passar dos anos, diversos materiais se incrustam nos condutos, ou ocorre a corrosão de suas paredes, alterando o valor da sua rugosidade. Observando o material, pode-se colocar na ordem correta do que tem mais rugosidade e menos rugosidade​​​​​​​:
B. Madeira aduela; ferro galvanizado novo; aço chapa metálica nova; borracha alisada; aço inoxidável novo
A rugosidade dos materiais, e seus valores são: madeira aduela, 0,5 mm; ferro galvanizado novo, 0,15 mm; aço chapa metálica nova, 0,05 mm; borracha alisada 0,01 mm; aço inoxidável novo 0,002 mm
5 - A interação entre a rugosidade e a camada-limite é fundamental para a compreensão de como a perda de carga se dá em diferentes condutos. Segundo a figura, pode-se afirmar que:
Distribuições típicas de velocidade e tensão cisalhante no escoamento turbulento próximo a uma parede
E. Ie II estão corretas
As camadas no escoamento turbulento são caracterizadas em três regiões:
subcamada viscosa: a tensã o viscosa domina; camada externa: a tensão turbulenta domina; camada intermediária ou de superposição: ambos os tipos de tensão o importantes. A zona do perfil de velocidades governada pela lei logarítmica é denominada zona inercial. Essa região não sofre influência notável da viscosidade. A única proposição errada é que de fato, se a rugosidade for menor do que a subcamada viscosa, o escoamento é definido como hidraulicamente liso
Camada-Limite em Escoamento Laminar e Turbulento
1. Qual opção define melhor a diferença entre escoamento laminar e turbulento?
D. O escoamento turbulento é errático, com a velocidade das partículas variando até 20% da velocidade média e se movimentando tridimensionalmente de forma sobreposta ao fluxo da corrente, ao passo que o escoamento laminar se desenvolve em uma trajetória bem definida.
Sim, a velocidade das particulas varia até 20% da velocidade média no escoamento turbulento, que é errático, e no laminar a trajetória se define como se houvesse camadas imaginárias de escoamento que não interagem entre si.
2. Qual é a faixa de classificação do escoamento por meio do número de Reynolds?
C. Existem faixas de trabalho, no entorno de 2.100, o escoamento tende a ser laminar quanto menor for o R. A partir de 4.500, o escoamento tende a ser turbulento, quanto maior for o R, mas essa medida não é absoluta, outros fatores externos também influenciam no regime do escoamento.
O escoamento tende a ser laminar quanto menor for o R, no entorno de 2.100. Já a partir de 4.500 ele é considerado turbulento. Lembre-se de que esses não são números absolutos.
3. Qual é o nº de Reynolds de um fluido com as seguintes características, o escoamento tende a ser laminar ou turbulento? Diâmetro = 75 cm; Velocidade = 1,5 m/s; Viscosidade cinemática = 1,61 X 10-4 m²/s Massa específica = 1.000 kg/m³.
E. 7 X 103 Escoamento turbulento.
Resposta certa! Para chegar nesse resposta, bastou aplicar diretamente a fórmula R = VD/ν e saber que escoamentos com nº de Reynolds maiores que 5.000 desenvolvem escoamento turbulento.
4. Para o escoamento de água a 20°C a 0,06 m³/h por um tubo liso e reto, o diâmetro do tubo para o qual ocorre a troca de escoamento laminar para escoamento em transição para turbulência é de aproximadamente quantos centímetros?
A. 1 cm.
Nesse cálculo, precisamos resolver o sistema:
R = VD/ν e Q = V X (πD²/4), no qual sabemos que R = 2.100, que é o valor de troca entre laminar e escoamento em transição, sabemos que ν de água a 20°C é aproximadamente 10-6, é dado que a vazão equivale a 0,06 m³/h, que é igual a 0,000017 m³/s, logo, sobram duas equações e duas incógnitas, V e D, o que queremos saber aqui é o D.
5. Qual é a diferença entre um escoamento sobre uma placa plana e um escoamento confinado a um conduto no que tange à camada-limite?
B. Em uma placa plana, a camada-limite se desenvolve a partir da parede, onde a velocidade é zero, junto ao contorno sólido, até a chegar em uma condição de fluido ideal em que a velocidade é constante, a influência da viscosidade se dá apenas dentro da camada-limite.
Em um escoamento confinado as camadas-limites se desenvolvem até se fundirem e todo o escoamento dentro do conduto fica sob efeito da viscosidade, com a velocidade sendo zero junto as paredes do conduto e máxima no centro do escoamento.
Em um escoamento confinado, as camadas-limites se desenvolvem até se fundirem e todo o escoamento dentro do conduto fica sob efeito da viscosidade, com a velocidade sendo zero junto às paredes do conduto e máxima no centro do escoamento.
Em uma placa plana a camada-limite se desenvolve a partir da parede, onde a velocidade é zero junto ao contorno sólido, até a chegar em uma condição de fluído ideal onde a velocidade é constante, a influência da viscosidade se dá apenas dentro da camada-limite. 
UNIDADE 4
Introdução e conceitos básicos da transferência de calor
1. Em um dia de inverno, em uma temperatura muito fria, usamos casacos de lã, pois as lãs:
A. Evitam a perda de calor do corpo para o meio externo.
A lã possui espaços que são ocupados por ar, que funciona como um excelente isolante térmico.
2. Julgue as afirmações a seguir:
I- A transferência de calor (ou Calor) é a energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura.
II- A transferência de calor por condução ocorre entre uma superfície e um fluido em movimento em virtude de uma diferença de temperatura.
III- Na transferência de calor por radiação, na ausência de um meio interveniente, existe uma troca líquida de energia (emitida na forma de ondas eletromagnéticas) entre duas superfícies a diferentes temperaturas.
C. Apenas I e III.
A transferência de calor de um corpo para outro ocorre em virtude da diferença de temperatura entre eles e a radiação é emitida por ondas eletromagnéticas.
3. Sobre os mecanismos de transferência de calor, analise as alternativas a seguir e marque a INCORRETA:
D. A condução de calor pode ocorrer no vácuo.
A condução ocorre em um meio estacionário, que pode ser um sólido ou um fluido, mas nunca no vácuo.
4. Consideremos uma garrafa térmica com café. Marque a alternativa INCORRETA:
E. Há condução natural do ar para a capa plástica.
A condução natural ocorre em um meio estacionário em virtude de um gradiente de temperatura, e o ar para a capa plástica da garrafa não é um meio estacionário.
5. Considere uma barra de ferro e outra barra de madeira. Quando tocamos o ferro ou a madeira, o que se pode observar?
B. A barra de ferro parece mais fria do que a barra de madeira porque o metal conduz melhor o calor.
Ao tocar o ferro, a superfície parecerá mais fria do que a da madeira, pois o metal conduz melhor o calor. Inclusive, a madeira é utilizada como isolante térmico pela sua propriedade de baixa condutividade térmica.
Fundamentos da condução de calor
1. Marque a alternativa INCORRETA:
E. A condução pode ser definida como o processo pelo qual a energia é transferida das porções quentes para as porções frias de um fluido através de uma ação combinada.
A convecção pode ser definida como o processo pelo qual a energia é transferida das porções quentes para as porções frias de um fluido através de uma ação combinada.
2. Suponhamos que um engenheiro é responsável pela operação de um forno e necessita reduzir as perdas térmicas pela parede de um forno por razões econômicas. Qual a possibilidade para redução do fluxo de calor em uma parede plana?
A. Trocar a parede por outra de menor condutividade.
Com a lei de Fourier há uma diminuição do fluxo de calor com a diminuição da condutividade térmica.
3. Considere uma parede de uma sala com 15 m de comprimento, 6 m de largura e 3 m de altura com temperatura de 20ºC (graus Celsius). As paredes da sala têm 15 cm de espessura e são feitas de tijolos com condutividade térmica de 0,72 W/m.k, com as áreas das janelas desprezíveis. A face interna da parede está com 30ºC (graus Celsius). Despreze a troca de calor do piso e do teto, que estão isolados. Qual a taxa de perda de calor através da parede neste dia?
B. q=6048 W
.T1=30+273=303k
T2=20+273=293K
K=0,72W/m.k
L=15 cm=0,15 m
A=2x(6x3)+2x(15x3)= 126m2
4. Sobre os mecanismos de condução, marque a alternativa INCORRETA.
B. Os mecanismos de condução de calor podem ocorrer no vácuo.
A condução pode ocorrer em um sólido, liquido ou gás, mas não ocorre no vácuo.
5 - O telhado de uma casa com aquecimento elétrico tem 6 m de comprimento, 8 m de largura e 0,25 m de espessura e é feito de uma camada plana de concreto cuja condutividade térmica é k = 0,8 W/m.K . As temperaturas das faces interna e externa do telhado, medidas em uma noite, são 15 °C e 4 °C, respectivamente, durante um período de 10 horas. Determine (a) a taxa de perda de calor através do telhado naquela noite e (b) o custo dessa perda de calor para o proprietário, considerando que o custo da eletricidade é de US$ 0,08/kWh.
A. q=1,69 kW, custo(US$)=1,35.
Suposições 1 Sistema em regime permanentedurante toda a noite, uma vez que as temperaturas das superfícies do telhado permanecem constantes nos valores determinados. 2 As propriedades do telhado são admitidas como constantes.
Propriedades A condutividade térmica do telhado é k =0,8 W/m.K.
Análise (a) Considerando que a transferência de calor pelo telhado ocorre por condução e sua área é A =6 m x 8 m = 48 m2, a taxa de transferência de calor permanente por meio do telhado é:
Fundamentos da convecção de calor
1. Marque a alternativa INCORRETA.
B. Quanto mais rápido for o movimento do fluido, menor será a transferência de calor por convecção.
Quanto mais rápido for o movimento do fluido, maior será a transferência de calor por convecção.
2. Considere uma placa plana de 100 mm de comprimento e 50 mm de largura que está eletricamente aquecida e a máxima temperatura permissível no centro da placa é 135ºC (graus Celsius). Calcule a taxa de calor transferido por convecção para o ar atmosférico a 25ºC (graus Celsius) e o coeficiente de película de 6,03 kcal/h.m2.C.
A. 6,633kcal/h.
3. Pela relação de Isaac Newton podemos afirmar que a taxa de calor é:
C. É proporcional à área e ao coeficiente de película.
Ele é proporcional ao coeficiente de película.
4 - Considere um fluido escoando sobre uma superfície estacionária tende ao repouso completo na superfície em decorrência da condição de não deslizamento como mostra a figura:
B. Uma das consequências da condição de não deslizamento é que todos os perfis de velocidade devem ter valor zero em relação à superfície nos pontos de contato entre o fluido e a superfície sólida.
A camada de fluido adjacente à superficial em movimento tem a mesma velocidade que a superfície.
5. Como podemos definir o coeficiente de transferência de calor por convecção?
E. O coeficiente de transferência de calor por convecção h pode ser definido como a taxa de transferência de calor entre uma superfície sólida e um fluido por unidade de área e por unidade de diferença de temperatura.
Fundamentos da radiação térmica
1. Considere um duto de estanho (ε=0,1) com diâmetro externo de 25 cm e temperatura superficial de 100 (graus Celsius), localizado em um compartimento cujas paredes estão a 20 (graus Celsius). O ar no compartimento está a 30 (graus Celsius) e o coeficiente de transferência de calor por convecção é 5 kcal/h.m^2.C. Determine o fluxo de calor por metro de tubo.
E. 642,428 kcal/h.
Ts=1000C= 373k
Tar=300C= 303k
Tp=200C=293 k
h=5kcal/h.m2. 0C
r= 0,125
ε=0,1
2. Uma tubulação conduz água a 80 (graus Celsius). O tubo tem diâmetro externo de 2", resistência térmica desprezível e está isolado com um isolante de 1" de espessura. Sabe-se que a temperatura da face externa do isolamento do tubo é 20 (graus Celsius), o fluxo de calor transferido da tubulação para o ambiente se dá por radiação, é de 22 kcal/h e a temperatura da face interna das paredes da sala é 5 (graus Celsius). Calcule a emissividade da superfície do isolamento.
A. 0,674.
Ti=80ºC;
Te=20ºC;
Tp=5ºC;
di=2”=0,0508 m;
ri=0,0254;
re=2”+1”=3”=0,0762
3. Marque a alternativa correta sobre radiação térmica:
A. Um corpo negro com absorção perfeita se o α=1.
A absortividade é a fração de energia de radiação incidente sobre a superfície que a absorve. Se α = 1, o corpo negro absorve toda a radiação incidente sobre ele.
4. Sobre os mecanismos simultâneos de transferência de calor, qual o mecanismo de transferência para um fluido em repouso?
B. Condução e, possivelmente, por radiação.
Em um fluido em repouso (sem movimento de massa do fluido), a transferência de calor ocorre por condução e, possivelmente, por radiação.
5. Considere uma pessoa em pé em uma sala a 25°C. Determine a taxa total de transferência de calor por radiação desta pessoa, considerando que a superfície exposta e a temperatura média da superfície da pessoa são 2 m^2 e 32°C, respectivamente.
A. 82,68 W.
1- Existem condições operacionais estacionárias.
2- A pessoa está completamente cercada pelas superfícies internas da sala.
3- As superfícies circundantes estão na mesma temperatura do ar no quarto.
4- A condução de calor através dos pés para o piso é desprezada.
Propriedades A emissividade da pessoa é ε = 0,95
Escrita e Reflexão
Você está convidado a participar de uma atividade de escrita e reflexão, que vale 2 pontos, no qual você terá que expor, com suas próprias palavras, o seu conhecimento sobre assuntos estudados em um dos conteúdos das Unidades 1 e 2. 
A eficiência energética ​​e de conversão de energia mecânica são fatores muito importantes no estudo de sistemas hidráulicos e de máquinas de fluxo. Através de cálculos de eficiência energética, pode-se descobrir o desempenho de uma máquina ou equipamento. Já as perdas de um sistema são calculadas por meio das conversões de energia.
Pensando nisso, neste Desafio, coloque-se no papel de profissional e encontre a eficiência de um sistema composto por um conjunto turbina-gerador. Acompanhe o caso a seguir.
Se a potência elétrica gerada medida vale 1862kW, qual será a eficiência desse conjunto turbina-gerador?​​​​
*Desconsidere as pedras nas tubulações e considere que a aceleração da gravidade local é de 9,81m/s².