atividades (5)

Prévia do material em texto

1) Transforme: 
a) 20 km em m h) 31,416 m² em cm² p) 78,5 m³ em km³ 
b) 15 m em mm i) 2,14 m² em mm² q) 120 m³ em cm³ 
c) 5,8 km em cm j) 12,58 m² em km² r) 139 mm³ em m³ 
d) 0,45 m em mm l) 1,29 km² em m² s) 50 m³ em L 
e) 2,7 mm em cm m) 153 m² em mm² t) 340000 mm³em L 
f) 12,6 mm em m n) 10 m³ em mm³ u) 280 cm³ em L 
g) 125 m em km o) 50 cm³ em m³ v) 139 mm³ em L 
 
2) Determine a massa específica, volume específico, o peso específico e a densidade de 
um óleo que pesa 46 kN contido num reservatório de 3,5 𝐦𝟑. Obs: considere g = 9,81 
𝐦/𝐬𝟐 e o peso especifico da água igual a 9806 𝐍/𝐦𝟑. 
 
3) Um tanque de ar comprimido apresenta um volume igual a 𝟒, 𝟑𝟖𝒙𝟏𝟎−𝟐𝐦𝟑. 
Determine a massa especifica e o peso do ar contido no tanque quando a pressão 
relativa do ar no tanque for igual a 480 kPa. Considere que a temperatura do ar no 
tanque é de 25 °C e que a pressão atmosférica é igual a 101,30 kPa. 
 
Aula 2 - Estática dos fluidos e cinemática dos fluidos 
 
4) Os recipiente A e B da figura contém água sob pressão de 294,3 kPa e 207 kPa 
respectivamente. Determine a deflexão do mercúrio (h) no manômetro diferencial. Na 
Fig. x + y = 2,0 m. Massa específica da água: 1000 𝐤𝐠/𝐦𝟑; Massa específica do 
mercúrio: 13600 𝐤𝐠/𝐦𝟑. 
 
 
5) Um reservatório de grande porte na figura abaixo contém água, tendo uma região 
ocupada por mercúrio com densidade igual 13,6. O reservatório é fechado e 
pressurizado tendo uma pressão absoluta igual a 180 kPa. A pressão absoluta em A é 
igual a 350 kPa. Determinar (a) A altura h2 em (metros) da coluna de água. (b) 
Determine a pressão absoluta em B. Obs: água a 20 °C: Massa especifica 1000 𝐤𝐠/𝐦𝟑. 
 
 
Aula 3 – Conceitos e equações fundamentais do movimento dos fluidos: equação da 
continuidade, equação de Bernoulli, equação de energia, equação da quantidade de 
movimento 
 
6) Considere o escoamento de água no circuito fechado de uma piscina, como mostrado 
abaixo. Sabendo que a tubulação é de ferro galvanizado com 25 mm de diâmetro e 51 m 
de comprimento, com uma vazão de 300 litros/min. 
Dados: 𝛒 = 𝟗𝟗𝟗 𝐤𝐠 𝐦𝟑⁄ , 𝐠 = 𝟗, 𝟖𝟏 𝐦 𝐬𝟐⁄ , 𝛍 = 𝟏, 𝟏𝟐. 𝟏𝟎−𝟑 𝐍. 𝐬 𝐦𝟐⁄ , 𝛈 = 𝟕𝟓%. 
Determine: 
a) As perdas por atrito? 
b) A potência da máquina? 
 
Traçe de caneta o fator de atrito no Diagrama de Moddy (anexado no final). 
 
 
 
7) A figura mostra um esquema de uma instalação com uma máquina que e transporta 
água com vazão Q = 4,4 𝒎𝟑/h. Os manômetros instalados nas seções (1) e (2) indicam, 
respectivamente, as pressões p1 = 180kPa e p2 = 580kPa. O duto maior tem diâmetro 
D = 25 cm e o tubo menor d = 10 cm. Considerando que não existe perda de carga por 
atrito entre as seções (1) e (2) e sendo a massa especifica 784 kg/𝒎𝟑 e H = 35 m, 
determine a potência da máquina ao escoamento. A máquina é bomba ou turbina? 
 
 
 
Aula 4 - Análise dimensional e semelhança 
 
8) Um líquido com massa específica ρ e viscosidade, µ, escoa por gravidade através de 
um orifício com diâmetro, d, na parte inferior de um tanque com diâmetro, D. No início 
da experiência, a superfície líquida está à altura h acima da parte inferior do tanque, 
como mostra a figura. O líquido sai do tanque impulsionado pela gravidade como um 
jato com velocidade média, v, direto para baixo, como mostra a figura. Usando a 
análise dimensional: 
a) Encontre os grupos adimensionais para velocidade média (�̅�), como função dos 
outros parâmetros do problema (D, d, h, ρ, µ, g). (Dica: selecione h como sua escala 
de comprimento). 
 
9) O esquema abaixo mostra um jato de ar descarregando verticalmente. Experimentos 
mostram que uma bola colocada no jato fica suspensa numa posição estável. A altura 
de equilíbrio da bola no jato depende de D, d, V, µ, ρ e W, onde W é o peso da bola. 
Sugere-se a análise dimensional para correlacionar os dados experimentais. 
Determine os parâmetros Π que caracterizam esse fenômeno. 
 
 
 
10) Considere o escoamento ao redor de uma esfera. Deseja-se saber como a força de 
arrasto aerodinâmico e influenciada pelas variáveis: velocidade (V), massa específica 
(ρ), e viscosidade (µ), do fluido e pelo diâmetro (D) da esfera. 
 
ANEXO 
 
 
 
11) Informa-se que a condutividade térmica de uma folha de isolante extrudado rígido é igual 
a k = 0,029 W/m.K. A diferença de temperaturas medidas entre as superfícies de uma folha 
com 20 mm de espessura deste material é 𝐓𝟏 − 𝐓𝟐 = 𝟐𝟓 °C. 
a) qual é o fluxo térmico através de uma folha do isolante com 4 m x 4 m? 
b) qual é a taxa de transferência de calor através da folha de isolante? 
 
12) Você vivenciou um resfriamento por convecção se alguma vez estendeu sua mão para fora 
da janela de um veículo em movimento ou a imergiu em uma corrente de água. Com a 
superfície de sua mão a uma temperatura de 28 °C, determine o fluxo de calor por convecção 
para (a) uma velocidade de 38 𝐤𝐦/𝐡 no ar a – 5°C com um coeficiente convectivo de 40 
𝐖/𝐦𝟐𝐊 e para (b) uma corrente de água com velocidade de 0,2 m/s, temperatura de 8 °C e 
coeficiente convectivo de 900 𝑾/𝒎𝟐𝑲. Qual a condição que o faria sentir mais frio? Compare 
esses resultados com uma perda de calor de aproximadamente 30 𝐖/𝐦𝟐 em condições 
ambiente normais. 
 
13) um tubo condutor de vapor 170/160 mm de diâmetros é coberto com duas camadas de 
isolante térmico. A espessura ∆𝒙𝟐 da primeira camada é 15 mm e aquela da segunda camada 
∆𝒙𝟑 = 65 mm. As condutividades térmicas 𝒌𝟏, 𝒌𝟐 e 𝒌𝟑 do tubo e camada de isolantes são 50, 
0,15 e 0,08 kcal/h m°C, respectivamente. A temperatura da superficie interna do tubo de 
vapor é 𝒕𝟏 = 400 °C e aquela da superficie externa das camadas de isolante é 𝒕𝟒 = 85 °C. 
Determine a quantidade de calor perdida por unidade de comprimento de tubo de vapor e as 
temperaturas de contato das camadas de isolante. 
 
AULA 6: Condução: equação da condução, condução em regime permanente e 
transiente 
 
14) Termopares são sensores muito precisos para medir temperatura. Basicamente, eles são 
formados pela junção de dois fios de materiais distintos que são soldados em suas 
extremidades, como na figura abaixo. A junção soldada pode, em primeira análise, ser 
aproximada por uma pequena esfera de diâmetro D. Considere um termopar usado para 
medir uma corrente de gás quente, cujas propriedades de transporte são 𝐤 = 𝟐𝟎 𝐖 𝐦𝐊⁄ , 𝐜 =
𝟒𝟎𝟎 𝐉 𝐤𝐠𝐊⁄ e 𝛒 = 𝟖𝟓𝟎𝟎 𝐤𝐠 𝐦𝟑⁄ . Inicialmente, o termopar de D = 0,7 mm está a 25°C e é 
inserido na corrente de gás quente a 300°C. Quanto tempo vai ser necessário deixar o sensor 
em contato com o gás quente para que a temperatura de 299, 9°C seja indicado pelo 
instrumento? O coeficiente de transferência de calor vale 400 𝐖 𝐦𝟐𝐊.⁄ 
 
 
 
 
15) Em um processo para transportar frangos é necessário que uma câmara frigorifica possua 
no mínimo -13°C de forma que o frango deve ser resfriado rapidamente dentro de no máximo 
2h para preservar a consistência da sua carne. Inicialmente esses frangos se encontram a 25°C, 
com temperatura uniforme e o coeficiente de troca de calor por convecção na superfície do 
frango é de 170 𝐖 𝒎𝟐⁄ 𝑲. Se modelando os frangos como esferas de 23 cm de diâmetro e 
considerando 𝐤 = 𝟎, 𝟓𝟎𝟐 𝐖/𝐦. 𝐊; 𝐜𝐩 = 𝟐, 𝟗𝟒 𝐤𝐉 𝐤𝐠. 𝐊⁄ ; 𝛒 = 𝟏, 𝟎𝟕 𝐠 𝐜𝐦
𝟑⁄ . Encontre: 
a) O número de Biot e o número de Fourier; 
b) A temperatura no centro? 
c) Qual o significado físico do número de Biot? O número de Biot deve ser bem maiores para 
sólidos altamente condutores ou maus condutores? 
 
 
 
16) Em um processo para escaldar ervilhas (𝐤 = 𝟎, 𝟓𝟔𝟔 𝐖/𝐦. 𝐊; 𝐜𝐩 = 𝟑, 𝟔𝟎𝟓 𝐤𝐉 𝐤𝐠. 𝐊⁄ ; 𝛒 =
𝟏, 𝟎𝟕 𝐠 𝐜𝐦𝟑⁄ ) fez se imersão das ervilhas em água quente a 96°C. O raio médio das ervilhas é 
4,75 mm e o coeficiente de troca de calor por convecção de 𝟏𝟎 𝐖 𝐦𝟐⁄ 𝐊, a ervilha entra a 25°C 
no processo. Encontre: 
 
a) O número de Biot e o número de Fourier; 
b)O tempo necessário para que o centro das ervilhas esteja a 70°C? 
c) Se o raio da médio das ervilhas é agora 6,3 mm, qual a temperatura de saída das ervilhas, 
decorrido o tempo calculado no item b) 
d) Através do uso das cartas de Heisler, encontre o perfil de temperatura para escaldar as 
ervilhas nas seguintes condições abaixo. 
(𝐤 = 𝟎, 𝟒𝟐𝟎 𝐖/𝐦. 𝐊; 𝐜𝐩 = 𝟑, 𝟔𝟎𝟓 𝐤𝐉 𝐤𝐠. 𝐊⁄ ; 𝛒 = 𝟏, 𝟎𝟕 𝐠 𝐜𝐦
𝟑⁄ ; 𝒉 = 𝟗 𝑾 𝒎𝟐𝑲⁄ ; r = 4,8 cm, 
para um tempo de 6h). 
 
 
 
AULA 7: Convecção: natural e forçada 
 
17) Ar escoa sobre uma placa plana de 2 m de comprimento e 4 m de largura. Deseja-se 
saber quanto de energia é trocada em regime do escoamento se a corrente de ar estiver a 
200°C e aplaca estiver a 146 K a velocidade do ar é 0,04 m/s. Para obter os dados 
complementares, utilize a tabela propriedades – convecção e a tabela de correlações - 
convecção. Determine: 
a) Coeficiente de transferência de calor local e médio ao final da placa. 
b) Qual é a importância do mecanismo de convecção na troca de energia? Como os grupos 
adimensionais influenciam na transferência de calor por convecção? 
 
18) Amônia escoa sobre uma placa plana de 3 m de comprimento e 4 m de largura. Deseja-
se saber quanto de energia é trocada em regime do escoamento se a corrente de ar estiver 
a 100°C e a placa estiver a 354°C. a velocidade do ar é 0,05 m/s. Determine: 
a) Coeficiente de transferência de calor local e médio ao final da placa; 
b) O fluxo de calor total transferido da superfície aquecida. 
 
AULA 8: Radiação: conceitos fundamentais 
 
19) Uma sonda interplanetária esférica, de diâmetro 0,8 m, contém eletrônicos que dissipam 
165 W. Se a superfície da sonda possui uma emissividade de 0,5 e não recebe radiação de 
outras fontes como por exemplo do sol, qual é a sua temperatura superficial? 
 
20) Os gases quentes do interior de uma fornalha são separados do ambiente a 25 °C (𝐡 =
 𝟏𝟕, 𝟐 𝐊𝐜𝐚𝐥/𝐡. 𝐦𝟐. °𝐂 ) por uma parede de tijolos de 18 cm de espessura. Os tijolos tem uma 
condutividade de 1,0 𝐤𝐜𝐚𝐥/𝐡. 𝐦. °𝐂 e uma emissividade de 0,8. A temperatura da superfície 
externa da parede da fornalha é 105 °C. Considerando que a fornalha está em um grande 
compartimento cuja temperatura da superfície é igual a temperatura ambiente, qual é a 
temperatura da superfície interna da parede da fornalha? 
 
 
ANEXO