Exercícios 2024 (Conservação Massa, Energia e TransCal)

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<p>LISTA DE EXERCÍCIOS PARA A PROVA 2</p><p>Nome: _________________________________________________________</p><p>CONSERVAÇÃO DE MASSA e CONSERVAÇÃO DE ENERGIA</p><p>1. (1,0 ponto) Um computador pessoal deve ser resfriado por um ventilador cuja</p><p>vazão é de 𝑄 = 0,40 𝑚3/𝑚𝑖𝑛. Sendo assim, determine:</p><p>a) a vazão mássica (�̇�) do ar através do ventilador, para uma massa</p><p>específica do ar é de 0,7 𝑘𝑔/𝑚3.</p><p>b) Sabendo que a velocidade média do ar não pode exceder 110 𝑚/𝑚𝑖𝑛,</p><p>determine o diâmetro (em 𝑚𝑚) do gabinete do ventilador.</p><p>Obs: todas as unidades precisam estar no Sistema Internacional (SI).</p><p>2. (1,0 ponto) Ar entra em um bocal de forma constante a 2,21 𝑘𝑔/𝑚3 e 20 𝑚/𝑠 e</p><p>sai a 0,762 𝑘𝑔/𝑚3 e 150𝑚/𝑠. Se a área de entrada do bocal é de 60 𝑐𝑚2,</p><p>determine:</p><p>a) A vazão de massa através do bocal.</p><p>b) A área de saída do bocal (em 𝑐𝑚2).</p><p>3. (1,0 ponto) Um propulsor a jato queima 1 𝑘𝑔/𝑠 de combustível quando o avião</p><p>voa à velocidade de 200 𝑚/𝑠. Sendo ρ𝑎𝑟 = 1,2 𝑘𝑔/𝑚2, ρ𝑔 = 0,5 𝑘𝑔/𝑚3 (na</p><p>seção 2), 𝐴1 = 0,3 𝑚2 e 𝐴2 = 0,2 𝑚2, determinar a velocidade dos gases (𝑉𝑔)</p><p>na seção de saída.</p><p>INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO,</p><p>CIÊNCIA E TECNOLOGIA</p><p>Campus Sertãozinho</p><p>4. (1,5 pontos) Água escoando por um tubo com 8 𝑐𝑚 de diâmetro entra em uma</p><p>seção porosa (como mostra a Figura), que permite uma velocidade radial</p><p>uniforme 𝑉𝑤 através das superfícies das paredes por uma distância de 1,2 𝑚.</p><p>Se a velocidade média na entrada 𝑉1 for igual a 12 𝑚/𝑠, determinar a</p><p>velocidade de saída 𝑉2 se:</p><p>a) 𝑉𝑤 = 15 𝑐𝑚/𝑠 para fora do tubo</p><p>b) 𝑉𝑤 = 10 𝑐𝑚/𝑠 para dentro do tubo.</p><p>c) Determine também qual o valor de 𝑉𝑤 que fará 𝑉2 = 9 𝑚/𝑠.</p><p>Lembrar que a área da seção porosa por onde a água passa (entra ou sai),</p><p>apresenta como área 𝐴 = 2. π. 𝑟. 𝐶, onde 𝑟 é o raio da tubulação, e 𝐶 é o</p><p>comprimento da tubulação (nesse caso 𝐶 = 1,2 𝑚).</p><p>5. (1,0 ponto) Água a 25°C escoa de maneira constante através do tubo da figura</p><p>abaixo. Se 𝑃1 = 870 𝑘𝑃𝑎, 𝑃2 = 120 𝑘𝑃𝑎, a velocidade média 𝑉2 = 30 𝑚/𝑠,</p><p>determine:</p><p>a) a velocidade média na seção 1 (𝑉1).</p><p>b) A razão entre os diâmetros maior e menor (𝐷/𝑑).</p><p>6. (1,0 ponto) Água escoa através de um tubo horizontal a uma vazão de</p><p>36 𝑚3/ℎ. O tubo consiste em duas seções de diâmetros 101,6 𝑚𝑚 (4 𝑖𝑛) e</p><p>50,8 𝑚𝑚 (2 𝑖𝑛) com uma seção de redução suave. A diferença de pressão</p><p>entre as seções dos dois tudos é medida por uma manômetro de mercúrio.</p><p>Desprezando os efeitos do atrito, determine a altura diferencial ℎ (em 𝑐𝑚) do</p><p>mercúrio entre as duas seções do tubo.</p><p>TRANSFERÊNCIA DE CALOR</p><p>7. (0,5 ponto) Considere uma parede de tijolo de 3 𝑚 de altura, 6 𝑚 de largura e</p><p>0,25 𝑚 de espessura, cuja condutividade térmica é 𝑘 = 0,8 𝑊/𝑚𝐾. Em um</p><p>determinado dia, as temperaturas das superfícies interna e externa da</p><p>parede são 14°𝐶 e 5°𝐶, respectivamente. Determine a taxa de perda de calor</p><p>(𝑞𝑥) através da parede nesse dia.</p><p>8. (1,0 ponto) A base, com 5 mm de espessura, de uma panela com diâmetro de</p><p>200 mm pode ser feita com alumínio (𝑘 = 240 𝑊/𝑚𝐾) ou cobre (𝑘 =</p><p>390 𝑊/𝑚𝐾). Quando usada para ferver água, a suerfície da base exposta à</p><p>água encontra-se a 110°𝐶. Se calor é transferido do fogão para a panela a</p><p>uma taxa de 600 𝑊, qual é a tempratura da superfície voltada para o fogão</p><p>para cada um dos dois materiais?</p><p>9. (2,0 pontos) Um circuito integrado (chip) quadrado de lado 𝑤 = 5 𝑚𝑚 opera</p><p>em condições isotérmicas. O chip está alojado no interior de um substrato</p><p>de modo que suas superfícies laterais e inferior estão bem isoladas</p><p>termicamente, enquanto sua superfície superior encontra-se exposta ao</p><p>escoamento de uma substância refrigerante a 𝑇 = 15°𝐶. A partir de testes</p><p>de controle de qualidade, sabe-se que a temperatura do chip não deve</p><p>exceder a 𝑇 = 85°𝐶.</p><p>a) Se a substância refrigerante é o ar, com coeficiente de transferência de</p><p>calor por convecção correspondente a ℎ = 200 𝑊/𝑚2𝐾, qual a potência</p><p>máxima que pode ser dissipada pelo chip?</p><p>b) Se a substância refrigerante for um líquido dielétrico para o qual ℎ =</p><p>3.000 𝑊/𝑚2𝐾, qual a potência máxima que pode ser dissipada pelo chip?</p>