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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA MECÂNICA DOS FLUIDOS – EQUI0094 Professora: Luanda Gimeno Marques 1 a Lista de Exercícios (Sistemas de unidades e Manometria) 1. A viscosidade dinâmica, µ, é uma propriedade do fluido que caracteriza a facilidade ou dificuldade do fluido ao escoar. Esta propriedade é de fundamental importância no estudo de mecânica dos fluidos. Sabe-se que a viscosidade dinâmica a 20C do CO2, µCO2, é igual a 0,0146 g/(cm.s) e do mercúrio µHg é igual a 1,547 g/(cm.s). Quais os valores em kg/(m.s) e lbm/(in.h)? 2. A viscosidade cinemática, , também é uma propriedade do fluido. Ela é a relação entre a viscosidade dinâmica e a massa específica: . Sabe-se que a viscosidade cinemática a 20C da água, H2O, é igual a 1,0037x10 -2 cm 2 /s e do ar ar é igual a 15,05x10 -2 cm 2 /s. Quais os valores em ft 2 /h e in 2 /s? 3. A condutividade térmica (k), e por extensão a difusividade térmica () são propriedades dos materiais que indicam a quantidade de calor que pode fluir através do corpo sólido ou do meio fluido sob as condições de temperatura e pressão a que estão submetidos. A ordem de grandeza dos valores de condutividade térmica abrange uma faixa muito ampla, podendo ter valores muito baixos, como para gases, 0,007 W/(m.C), chegando a cerca de 0,15 W/(m.C) para líquidos, atingindo altos valores para sólidos metálicos 410 W/(m.C). Determine os valores acima para Btu/(h.ft.F). 4. A difusividade térmica () também é uma propriedade térmica dos materiais. Ela é a relação entre a condutividade térmica e a capacidade calorífica volumétrica: . O calor específico (cp) da parafina a 300 K é 2890 J/(kg.K), a condutividade térmica é 0,82 Btu/(h.m.K) e sua massa específica é 56,20 lbm/ft 3 . Determine a difusividade térmica no sistema internacional. 5. A convecção do calor foi estudada por Newton, que estabeleceu uma lei básica para descrevê-la, afirmando que o fluxo de calor transportado por convecção é diretamente proporcional à diferença de temperaturas entre o sólido e o fluido longe da parede. Newton introduziu uma constante de proporcionalidade denominada coeficiente de transferência de calor convectivo (h): . Você experimenta o resfriamento por convecção toda vez que coloca a mão para fora da janela de um veículo em movimento ou em um escoamento de água corrente. Com a superfície da sua mão a uma temperatura de 30C, determine o fluxo de calor por convecção para: a) um veículo com velocidade de 35 km/h no ar a -5C com coeficiente de convecção de 40 W/(m 2 .K) e b) uma velocidade da água de 0,2 m/s a 10 C com coeficiente de transferência de calor de 900 W/(m 2 .K). Em qual condição você sentiria mais frio? Compare os resultados com uma perda de calor de 30 W/m 2 em condições ambientais normais. 6. A difusividade mássica ou coeficiente de difusão (DAB), indica a velocidade ( ou intensidade) com que o transporte de massa pode ocorrer. Essa propriedade é sempre função dos componentes A e B da mistura, o soluto e o solvente, sendo que DAB = DBA. A ordem de grandeza dos valores de difusividade varia, desde de valores iguais a 3,5 x 10 -9 cm 2 /s, para cádmio em cobre, até valores de 1,32 cm 2 /s, para o hidrogênio em hélio. Determine estes valores em ft 2 /h e m 2 /s. 7. Um sistema de alimentação de água por gravidade é utilizado para alimentar um equipamento de troca de calor. Para alimentar o trocador, é necessária uma pressão de água na entrada de, no mínimo 30 psig. Qual deve ser a altura mínima necessária (h) de água acima do equipamento? 8. Discuta a afirmação (falsa/verdadeira - justificar): “Considerando a estrutura apresentada na figura abaixo, pode-se afirmar que pela Lei de Pascal as pressões nas superfícies 1 e 2 devem ser iguais”. 9. A figura que segue ilustra um manômetro de tubo em “U” acoplado a uma tubulação através da qual escoa água. Na condição mostrada, pergunta-se: a) Qual o sentido do escoamento da água? Justifique. b) Qual a diferença de pressão entre A e B (P)? Dados: h=0,4 m, =1000 kg/m 3 , F=5000 kg/m 3 10. Determine a diferença de pressão entre os tanques A e B, sabendo que d1 = 2 ft, d2 = 6 in., d3 = 2,4 in e d4 = 4 in. 11. Um copo contém água a uma altura de 5 in. Um canudo colocado no copo forma um ângulo de 75 o com a horizontal. Considerando que o canudo toca o fundo do copo e tem comprimento de 10 in, qual deverá ser a pressão relativa aplicada no topo do canudo para que a água possa ser bebida? Dados: Patm = 14,7 psia = 406,8 in de H2O 12. Na figura que segue, o compartimento A contém um gás de densidade desprezível. Qual a pressão relativa em A? Dados: h1=12 cm 1=2 g/cm 3 h2=15 cm 2=3 g/cm 3 h3=10 cm 3=4 g/cm 3 Massas específicas: Fluido A: A Fluido B: B 13. Calcular a leitura do manômetro A da figura que segue. 14. No sistema que segue, o líquido dos manômetros é mercúrio. Calcular as alturas HA e HB, sabendo-se Patm=76 cmHg. Estão corretos os níveis desenhados HA e HB? OBS: medidas em cm. 15. Tem-se um tambor cilíndrico de diâmetro de 0,5 m e altura de 1 m, o qual tem uma massa de 150 kg. Emborca-se este tambor em uma piscina. Pergunta-se: que comprimento do tambor permanecerá acima da água? Considerar o ar como gás perfeito e desprezar a espessura das paredes do tambor. Dado: Patm=101,36 kPa. ANTES EMBORCAR DEPOIS EMBORCAR 16. Um submarino pesa 8000 kN. Com este peso ele flutua na superfície da água doce com 90% de seu volume total imerso. Que volume de água deve ser admitido em seus tanques a fim de que ele possa submergir totalmente? Dados: g = 9,8 m/s 2 e = 1000 kg/m 3 17. Calcular a altura H do sistema da figura que segue. Dados: Água=1000 kg/m 3 , Hg=13600 kg/m 3 , Óleo=920 kg/m 3 18. Quando se deseja precisão em medidas de pequenas variações de pressão, utiliza-se um manômetro de tubo inclinado, conforme mostrado na figura abaixo. Sabendo-se que o fluido manométrico estava, inicialmente, no nível descrito pela linha 0-0’, calcule a diferença de pressão (P1-P2) que provocou o deslocamento L no tubo. Dados: =30º a=1 cm 2 A=50 cm 2 =0,8 g/cm 3 L=40 cm g=9,81 m/s 2 19. Uma placa de peso desprezível tampa o orifício de 1 ft de diâmetro situado na parte superior de um tanque que contém ar e água, conforme ilustra a figura que segue. Um bloco de concreto (C=150 lbm/f 3 ) suspenso de volume de 1,5 ft 3 está fixado à placa e encontra-se completamente imerso na água. Um aumento da pressão na parte superior do tanque devido à entrada contínua de ar pressurizado, gera um aumento contínuo no valor de h do manômetro de mercúrio (Hg) inclinado. Determine o valor de h no momento em que a placa se eleva. Dados: Água=1000 kg/m 3 Hg=13,6 g/cm 3 20. Deseja-se utilizar a estrutura da figura abaixo como uma balança. Determinar o valor máximo da massa de um corpo que possa ser medida desta forma. Dados: h1 = 2 m; h2 = 50 cm, fluido = 13,6 g/cm 3 kgmassa márea prato 1,0 07,0 2 Obs.: O prato se encontra sempre sobre a superfície do fluido.