Exercícios de Fenomenos de transporte

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1. Qual a diferença entre energia macroscópica e energia microscópica? 
 
Você acertou! 
C. As formas macroscópicas de energia são aquelas que um sistema possui como um todo, 
com relação a algum referencial externo, como as energias cinética e potencial. As formas 
microscópicas de energia são aquelas relacionadas à estrutura molecular de um sistema e ao 
grau de atividade molecular e são independentes de referenciais externos. 
 
2. Sobre a energia interna marque a alternativa correta: 
 
Você acertou! 
B. A parte da energia interna de um sistema associada às energias cinéticas das moléculas 
é chamada de energia sensível. 
 
3. Como podemos definir energia mecânica? 
 
Você acertou! 
E. A energia mecânica pode ser definida como a forma de energia que pode ser convertida 
completa e diretamente em trabalho mecânico por um dispositivo mecânico ideal, como uma 
turbina ideal. 
 
4. 
Considere as alternativas abaixo: 
 
I- Calor é definido como a forma de energia transferida entre dois sistemas (ou entre um 
sistema e sua vizinhança) em virtude da diferença de temperatura. 
 
II- O calor não é a energia em trânsito. Ele só é reconhecido ao cruzar a fronteira de um 
sistema. 
 
III- Um processo durante o qual não há transferência de calor é chamado de processo 
adiabático. 
 
IV- O calor é transferido somente por condução e convecção. 
 
Quais alternativas estão corretas? 
 
Você acertou! 
A. I e III. 
 
5. 
Uma sala encontra-se inicialmente à temperatura de 25°C, que é a mesma do ambiente 
externo. Um grande ventilador, que consome 200W de eletricidade quando em 
funcionamento, é então ligado no interior da sala. A taxa de transferência de calor entre a 
sala e o ar externo é dada por Q = U.A.(Ti-To) onde U = 6 W/m2°C é o coeficiente global de 
transferência de calor, A = 30 m2 é a área das superfícies da sala e Ti e To são as temperaturas 
do ar interno e externo, respectivamente. Determine a temperatura do ar interno quando 
são estabelecidas condições de operação em regime permanente. 
Você acertou! 
A. 26,1℃. 
 
1. Como podemos definir a conservação de energia? 
 
Você acertou! 
B. 
Conservação de energia é um princípio em que, em um sistema isolado, há uma entidade 
fundamental chamada energia que se conserva, seja qual for a transformação sofrida pelo 
sistema. 
 
2. Sobre a convenção de sinais da primeira lei da termodinâmica é correto afirmar: 
 
Você acertou! 
A. Consideramos a energia interna positiva se a energia interna do sistema aumentar. 
 
3. Considerando o trabalho líquido como o mesmo em todos os processos adiabáticos de 
um sistema fechado entre dois estados especificados, o valor do trabalho líquido deve 
depender apenas dos estados inicial e final do sistema e, portanto, deve corresponder à 
variação de uma propriedade do sistema. Qual é essa propriedade? 
 
Você acertou! 
C. Energia total. 
 
4. Marque a alternativa correta: 
 
Você acertou! 
E. A primeira lei da termodinâmica enuncia que energia não pode ser criada nem destruída 
durante um processo, ela pode apenas mudar de forma. 
 
5. Considere as seguintes alternativas: 
 
I- Toda energia interna perdida pelo sistema é convertida em calor (Q) por meio do atrito. 
II- A energia interna U do sistema deve permanecer constante ou, equivalentemente, a 
variação da energia interna deve ser zero. 
III- A diferença entre o trabalho W e o calor Q representará a variação da energia interna 
do sistema: ΔU = Q - W. 
 
Quais alternativas estão INCORRETAS? 
 
Você acertou! 
A. Todas as alternativas estão corretas. 
 
1. Que tipo de transferência faz com que a energia seja transferida através da parede, 
tendendo a um estado de equilíbrio onde a superfície interna será tão quente quanto a 
externa? 
 
Você acertou! 
A. Transferência de calor. 
 
2. Para uma panela de água quente sendo aquecida, como mostra o desenho, que mecanismo 
de transferência de calor está ocorrendo? Por quê. 
 
 
 
Você acertou! 
B. Convecção - Transmissão através da agitação molecular e do movimento do próprio 
meio ou por partes deste meio. 
 
3. Qual a diferença entre termodinâmica e transferência de calor? 
 
Você acertou! 
C. Termodinâmica - estuda as interações (trocas de energia) entre um sistema e suas 
vizinhanças. Transferência de calor- indica como ocorre e qual a velocidade com que o calor 
é transportado. 
 
4. Ao detalhar o conceito de energia interna, é entendido que a soma de todas as formas 
microscópicas de energia é denominada energia interna U do sistema. Segundo as 
afirmativas a seguir, quais estão corretas quanto a energia interna: 
I) A energia interna pode ser descrita também como a soma das energias cinéticas e 
potenciais das moléculas. 
II) A velocidade média e o grau de atividade das moléculas não são proporcionais à 
temperatura. 
III) A parte de energia interna associada com a energia cinética das moléculas é denominada 
energia sensível ou calor sensível. 
Pode-se afirmar que: 
Você acertou! 
A. As alternativas corretas são I e III. 
 
5. Assinale a alternativa correta: 
 
Você acertou! 
A. Condução é a transferência de energia resultante da interação de partículas de maior 
energia de uma substância com partículas adjacentes de menor energia. 
 
1. Marque a alternativa INCORRETA: 
 
Você acertou! 
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. 
 
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? 
 
Você acertou! 
A. Trocar a parede por outra de menor condutividade. 
 
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? 
 
Você acertou! 
B. q=6048 W 
.T1=30+273=303k 
 
T2=20+273=293K 
 
K=0,72W/m.k 
 
L=15cm=0,15m 
 
A=2x(6x3)+2x(15x3)=126m2 
 
 
𝑞
𝐾. 𝐴. (𝑇1 − 𝑇2) 
𝐿
=
0,72.126. (303 − 293) 
0,15
= 6048𝑊 
 
4. Sobre os mecanismos de condução, marque a alternativa INCOR 
 
Você acertou! 
B. Os mecanismos de condução de calor podem ocorrer 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. 
 
Você acertou! 
A. q=1,69 kW, custo(US$)=1,35. 
 
1. Um cano de 2,00 cm de diâmetro se estreita para 8,00 mm. No primeiro segmento, um 
líquido flui com velocidade de 4,00 m/s. A velocidade do líquido no segundo segmento e a 
vazão de volume no cano valem, respectivamente: 
 
Você acertou! 
D. 25,0 m/s e 1,26 × 10 -3 m3 /s 
 
2. Considere o tubo de fluxo abaixo contendo óleo, que flui de forma a podermos considera-
lo um fluido ideal. Ele flui por um tubo que sobe de nível e se estreita. Dois manômetros 
marcam a pressão em dois pontos do tubo, como mostra a figura. Qual o valor da pressão 
indicada no segundo manômetro? (Dados: ρ óleo = 900 kg / m 3 e g = 9,8 m/s 2) 
 
 
 
 
Você acertou! 
B. 109 kPa 
https://eniac-edu.grupoa.education/sagah/img_conteudo/exercicio1.png
Muito bem! Você provavelmente utilizou a equação de Bernoulli,que nos dá: p1 + ρgy1 + 
½ ρv21 = p 2 + ρgy2 + ½ ρv 22 Que pode ser escrita como: p 2 = p 1 + ρg (y 1 - y 2) + ½ ρ (v 2 1 - v 2 2) 
= 109,46 × 103 Pa 
 
3. Considere o tubo de fluxo abaixo contendo óleo, que flui de forma a podermos considera-
lo um fluido ideal. Ele flui por um tubo que sobe de nível e se estreita. Dois manômetros 
marcam a pressão em dois pontos do tubo, como mostra a figura. Qual o valor da pressão 
indicada no segundo manômetro? (Dados: ρ óleo = 900 kg / m 3 e g = 9,8 m/s 2) 
 
 
Você acertou! 
A. 38,4 kPa 
 
Muito bem!Você provavelmente de seu conta de que precisamos aplicar neste problema, 
primeiramente, a equação da continuidade, para depois utilizar a equação de Bernoulli. 
Assim:v 1 A 1 = v 2 A 2 → v 2 = A 1 / A 2 v 1 = πR 2 1 / πR 2 2 v 1Assim, a velocidade do óleo ao 
passar pelo segundo manômetro é dada por:v 2 = R 2 1 / R 2 2 v 1 ≅ 11,11 m/sPela equação de 
Bernoulli, temos:p 1 + ρgy + ½ ρv 2 1 = p 2 + pgy 2 + ½ ρv 2 2Que pode ser escrita 
como:p 2 = p 1 + ρg (y 1 - y 2) + ½ ρ (v 2 1 - v 2 2) ≅ 38,4 kPa 
 
4. Um avião está se movendo pelo ar com velocidade de 220 m/s. As linhas de fluxo acima 
da asa estão comprimidas em 88% de sua área original. As linhas de fluxo abaixo da asa não 
estão comprimidas. Qual é a velocidade do ar acima da asa do avião em relação a esta? 
 
Você acertou! 
E. 250 m/s 
 
Muito bem! Você provavelmente se utilizou da equação da continuidade, que é dada 
por: v1 A1 = v2 A2 Já que a área da linha de fluxo acima da asa (A2) é 88% da área normal, 
podemos dizer que A2 = 0,88 A1. Substituindo essa relação na equação da continuidade, 
temos: v1 A1 = v2 0,88 A1 → v2 = v1 / 0,88 = 250 m/s 
 
5. Um Boeing 747 (figura) tem e torno de 500 m² de área alar (área total das duas asas). 
Considere que ele está se movendo a 230 m/s em relação ao ar. As linhas de fluxo acima da 
asa estão comprimidas em 80% de sua área original. As linhas de fluxo abaixo da asa não 
estão comprimidas. Calcule a força resultante devido à pressão à qual o Boeing está 
submetido. Considere a densidade do ar na altitude em que o Boeing está voando ρ ar = 
0,40 Kg/m 3. 
 
 
Você acertou! 
C. 2,98 x 10 6 N 
 
Parabéns! 
Você provavelmente utilizou a equação da continuidade para encontrar a velocidade relativa 
do ar acima da asa, resultando em: 
�1�1=�20,80�1→�2=�10,80=287,5�/� 
Assim, pode-se utilizar a equação de Bernoulli para encontrar a diferença de pressão. 
�1−�2=ρg(�2−�1)+12�(�22−�12) 
Considerando desprezível a espessura da asa, temos: 
∆�=12�(�22−�12)=5951Pa 
Lembrando que a força resultante devido à pressão é dada por: 
�res=∆�×� Temos: 
²�res=∆�×�=5951Pa×500�²=2.975.500�≅2,98×106� 
 
 
1. Existem diversos tipos de escoamentos: laminar, turbulento, rotacional, irrotacional, 
permanente, variável, entre outros. Cada um deles é classificado de acordo com uma 
característica comum. Com base no tipo de classificação do escoamento laminar, assinale a 
alternativa correta. 
 
Você acertou! 
D. Para um número de Reynolds entre 1.500 e 2.500, tem-se a transição do escoamento 
laminar para o escoamento turbulento. 
 
2. Para identificar o tipo de fluido, é importante calcular o número de Reynolds, pois, 
através desse número, é possível saber se o escoamento é turbulento ou laminar. Com base 
em resultados do número de Reynolds, assinale a alternativa correta. 
 
Você acertou! 
E. Para um número de Reynolds igual a 1.000, tem-se escoamento laminar. 
 
Para um número de Reynolds igual a 1.000, tem-se escoamento laminar. O escoamento 
laminar possui número de Reynolds com valor igual ou inferior a 2.000. A transição do 
escoamento laminar para o escoamento turbulento ocorre para valores acima de 2.000 e 
abaixo de 2.400, ou seja, 2.000<Re<2.400. Para escoamentos turbulentos, tem-se o número 
de Reynolds igual ou superior a 2.400. 
 
3. O escoamento laminar tem características divergentes do escoamento turbulento, sendo 
um o oposto do outro ao ser analisado o fluxo em sua trajetória. Com base nas características 
principais que diferenciam esses escoamentos, assinale a alternativa correta. 
Você acertou! 
A. O escoamento laminar é suave, sem ruídos e com movimentos bem definidos; já o 
escoamento turbulento é bruto, com ruídos e com movimentos aleatórios. 
 
4. Em 1840, Jean Poiseuille realizou experimentos em tubos utilizando fluido líquido e 
água; através desse experimento, identificou a velocidade média do escoamento laminar 
em tubos. Com base nos conceitos básicos para utilização e cálculo com a equação de 
Poiseuille, assinale a alternativa correta. 
 
Resposta correta. 
C. A vazão tem relação inversamente proporcional com comprimento e queda de pressão 
diretamente proporcional com comprimento. 
A resposta correta é que a vazão tem relação inversamente proporcional com comprimento e 
queda de pressão diretamente proporcional com comprimento. Pois para uma vazão 
especificada, a queda de pressão e, portanto, a potência necessária de bombeamento, é 
proporcional ao comprimento do tubo e à viscosidade do fluido, mas é inversamente 
proporcional à quarta potência do raio (ou diâmetro) do tubo. 
 
5. Elementos finitos são aplicados em escoamentos laminares para encontrar velocidades e 
pressões de campos vetoriais e são calculados através da equação de NAVIER-Stokes. Com 
base nos conceitos básicos de elementos finitos, assinale a alternativa correta. 
 
 
Você acertou! 
B. O método de elementos finitos é muito utilizado nos escoamento dos fluidos em 
diversas áreas de Engenharia. Através de equações, servem para solucionar problemas em 
escoamentos. 
 
O método de elementos finitos é muito utilizado no escoamento dos fluidos em diversas áreas 
de Engenharia. Através de equações, servem para solucionar problemas em escoamentos. A 
equação de Stokes relaciona a viscosidade considerando os elementos finitos em escoamento 
laminar. A equação de Stokes serve para sistemas não lineares em campos de vetoriais 
abstratos de diversos tamanhos, traçando o movimento dos fluidos não rarefeitos em espaço 
físico. 
 
1. Você deve encher uma piscina com água utilizando uma bomba de água cuja vazão, 
segundo o fabricante, é de 16,2 m³/h. Se a piscina possui as dimensões de 5m x 12,5m x 
2m, quanto tempo é necessário para o enchimento total da piscina? 
 
Você acertou! 
B. 7h43. 
 
Para descobrir quanto tempo é necessário para o enchimento total da piscina, primeiramente 
é necessário calcular o volume da piscina em m³: 
Vol=5*12,5*2=125m³ 
Utilizando a equação de conservação de massa, se tem que: 
Vol=Q*t 
t=Vol/Q=125/16,2=7,72 h 
Logo, o tempo necessário para enchimento é de 7,72 horas ou 7h43min12seg. 
 
2. Um tipo de mangueira contra incêndios utilizado pelos bombeiros tem 6,5 cm de 
diâmetro e transporta água a uma velocidade de 1,5 m/s. Se no extremo da mangueira há 
um bico cujo diâmetro é de 2 cm, qual é a velocidade na saída? 
 
Você acertou! 
D. 15,8 m/s. 
 
Para descobrir qual é a velocidade na saída,primeiramente você deve calcular a área de cada 
uma das partes da mangueira, no bico e no trajeto central. Assim: 
A1=π*(0,065/2)2=0,0033183 m² 
A2=π*(0,02/2)2=0,0003142 m² 
Utilizando a equação de continuidade: 
A1V1=A2V2 
V2=(A1/A2)*V1= (0,0033183/0,0003142)*1,5=15,84 m/s 
A velocidade de saída é de 15,8 m/s, pois deve ser uma velocidade alta para alcançar longas 
distâncias. 
 
3. Uma enorme caixa d'água do bairro armazena água para o consumo e a parte superior dela 
possui conexão com a atmosfera. Na lateral do tanque, 16 m abaixo do nível da água, há um 
pequeno orifício circular. A vazão de saída por este orifício é de 2,5x10-3 m³/min. 
Considerando os dados da caixa d'água, determine a velocidade de saída de água e o 
diâmetro do orifício. 
 
Você acertou! 
A. 17,7 m/s e 1,3 cm. 
 
Primeiro, deve considerar a equação de Bernoulli e calcular a velocidade: 
P1+ρgy1+1/2 ρv12=P2+ρgy2+1/2 ρv22 
Onde pode assumir que: 
P1=P2 e y1-y2=h 
Assim, isolando o valor de v2, se obtém: 
v2=√(2gh)=√(2*9,8*16)= 17,7 m/s 
Agora, utilizandoa equação de conservação de massa, pode calcular a área do orifício. Então 
tem que: 
Q=A*v 
A=Q/v=2,5x10-3/17,7=0,0001412 m² 
Então, o diâmetro do orifício circular é de: 
A=π*(d/2)² 
d=2*√(A/π)=2*√(0,0001412/π)=0,013 m 
Logo, a velocidade de saída do orifício é de 17,7 m/s e o diâmetro do orifício é de 1,3 cm. 
 
4. Um fluxo de um fluido ideal é movimentado em uma tubulação similar à apresentada na 
seção Na Prática. Em um ponto da tubulação, a pressão é de 2x104 Pa e o diâmetro é de 8 
cm. Em outro ponto da tubulação, 0,5 m mais alto, a pressão é igual a 1,5x104 Pa e o diâmetro 
é de 3 cm. Calcule a velocidade do fluido em ambos os pontos mencionados. 
 
Você acertou! 
A. v1=0,06 m/s e v2=0,45 m/s. 
 
Como a densidade da água é igual em ambos os pontos (1000 kg/m³), escreva os outros dados 
disponíveis em cada ponto: 
Ponto 1: 
P1=2x104 Pa; r1=0,04 m; y1=0 
Ponto 2: 
P2=1,5x104 Pa; r2=0,015 m; y2=0,5 
Para tanto, utilize um sistema de equações em que use a equação de Bernoulli e a equação de 
conservação de massa: 
(1) P1+ρgy1+1/2 ρv12=P2+ρgy2+1/2 ρv22 
(2) A1v1=A2v2 
Da equação (2) se obtém: 
v2=v1*(r1/r2)² (3) 
Substituindo (3) em (1) e isolando o valor de v1, se obtém: 
v1=√((P2-P1+ρgy2)/(1/2 ρ[1-(r1/r2 )4])) 
v_1=0,06 m/s 
Conhecendo o valor de v1, é só substituir o valor em (3) e se obtém o valor de v2: 
v2=v1*(r1/r2)² =0,45 m/s 
A velocidade no ponto P1 é 0,06 m/s e no ponto P2 é 0,45 m/s. 
5. Considere um sistema de bomba de água que abastece a cisterna do seu bairro. A bomba 
está na mesma altura que a toma de água, o tanque está 30 m acima da bomba e a 
tubulação utilizada tem a mesma seção em todo o trajeto. Já o motor tem uma potência de 
7,5 kW na saída do seu eixo e uma eficiência de 80%. Sabendo que a perda irreversível de 
carga no sistema de tubulação é de 10 m, determine a vazão de bombeamento. 
 
Você acertou! 
B. 15 litros/seg. 
 
Para determinar a vazão de bombeamento, você primeiro deve ver a potência mecânica 
líquida que a bomba fornece ao fluido: 
Wbomba=7,5*0,8=6 kW 
Considera-se o ponto 1 na toma de água, a referência (z1=0), e o ponto 2 na caixa de água 
(z2=30 m). Ambos os pontos estão conectados à atmosfera (P1= P2= Patm), a água na cisterna 
e na toma de água está parada, assim que V1= V2= 0. Com isto, a equação de energia 
mecânica associada ao fluido que inclui a bomba pode ser escrita como: 
Wbomba=mgy2+mghcarga 
Assim, tem-se que: 
m=Wbomba/(g*(y+hcarga))=6000/(9,8*(30+10))=15,3 kg/s 
Com essa vazão mássica, é possível agora calcular a vazão propriamente dita: 
Q=m/ρ=15,3/1000=0,0153 m³/s 
A vazão de bombeamento é de 0,0153 m³/s ou 15,3 litros por segundo. 
 
 
1. Qual a perda de carga singular em um conduto de 100 m, diâmetro de 100 mm, com um 
fluido escoando a 2 m/s, apresentando as seguintes singularidades rosqueadas na 
tubulação: válvula globo totalmente aberta e cotovelo de 45º com raio normal? 
 
Você acertou! 
D. 1, 22 m. 
 
Esta é a resposta correta! Calcula-se 
 
hpS = KV²/2g, sendo K = 5,7 + 0,29 e V = 2 m/s. 
 
2. O que acontece com a perda de carga singular do escoamento anteriormente 
mencionado se a viscosidade do fluido que escoa aumentar em 20% e se a válvula globo for 
totalmente fechada? 
 
Você acertou! 
E. A perda de carga singular depende apenas de fatores geométricos das singularidades, 
logo qualquer mudança na viscosidade do fluido afetará apenas a perda de carga linear. 
 
O fechamento completo da válvula globo estanca o escoamento, o que significa que ela ficará 
em repouso, assim, seu Ks tende ao infinito, gerando uma perda de carga tão grande que 
simplesmente para o escoamento. 
 
O fechamento completo da válvula globo estanca o escoamento. 
 
3. Qual o comprimento equivalente das perdas de cargas singulares da tubulação 
anteriormente citada, considerando que o tubo perde linearmente 0,135 m de carga por 
metros de tubulação? 
 
Você acertou! 
A. 9 m. 
 
Leq = Hps/J = 1,22/0,135. 
 
4. Qual o erro relativo da perda de carga linear em comparação com a perda de carga total? 
 
Você acertou! 
C. 8,28%. 
 
erelativo = 1 - L/ Lvirtual = 1 – 100/109. 
 
5. Qual o valor do fator de atrito f na tubulação anteriormente citada? Qual valor do 
somatório de Ks tornaria a perda de carga singular idêntica à perda de carga linear? 
 
Você acertou! 
B. 0,066 e 66,2. 
 
f = JD2g/V² e, para que a perda linear seja igual à singular, 
Ks = hpL 2g / V².