Lista de Exercicios N1 Fenômenos de Transporte

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ENGENHARIA CIVIL IESB - EAD
Disciplina: Fenômenos de Transporte
Lista de exercícios 1
1-) Explique a principal diferença entre um fluido newtoniano e um fluido não newtoniano.
Um fluido newtoniano é um fluido com uma viscosidade constante ao longo do tempo, ou seja, que não interessa a que temperatura esteja ou que possa deformar, ele sempre terá a mesma viscosidade.
Já o fluido não-newtoniano é um fluido cuja viscosidade varia proporcionalmente à energia cinética que se imprime a esse mesmo fluido, respondendo de forma quase instantânea.
2-) Um engenheiro precisa aumentar a vazão de bombeamento de um fluido não newtoniano dilatante. Explique a principal dificuldade prática deste aumento de vazão.
É complicado, pois a viscosidade aparente aumenta conforme o aumento da pressão, tornando o fluido cada vez mais denso.
3-) Em termos mais gerais o que significa um fluxo de quantidade de movimento? Utilize o conceito de fluxo em sua dedução.
Vamos supor um reservatório com uma torneira com capacidade para certa quantidade de fluido, ou seja, para um volume de controle. Também vamos supor que temos um fluido dentro dele, com a torneira fechada consideramos a variação da quantidade de movimento igual a zero, no instante de abrir à torneira a quantidade de movimento é igual à quantidade de movimento do fluido com a torneira fechada, e quando a torneira for aberta, na medida em que o tempo passa o fluido adquire uma quantidade de movimento, que varia por causa das forças que atuam sobre ele até finalmente se estabelece um perfil de velocidade linear.
4-) Um cientista afirma que consegue determinar todas as propriedades da água, sabendo apenas pressão e temperatura, enquanto a mesma está mudando de fase. Discuta se isso é possível.
É possível determina o estado da água através da pressão e temperatura em que ela se encontra, observe o diagrama 
Diagrama de fases da água: eixo y = Pressão em Pascal (10n), eixo x = Temperatura em Kelvin, S = Sólido, L = Líquido, V = Vapor, CP = Ponto crítico, TP = Ponto triplo da água
Sabendo a temperatura e a pressão é possível dizer se a água é liquida, solida ou gasosa, por exemplo, a água com temperatura de 300K e pressão de 1Pa se encontra no estado gasoso.
5-) Uma amostra contendo água líquida, óleo e vapor de água possui quantas fases e quantas substâncias puras?
Possui duas fases, liquida e gasosa, e uma substancia pura, o vapor de água, pois ele não se mistura com o restante. A água liquida e o óleo é uma mistura heterogênea.
6-) 5 kg de vapor de água contidos dentro de um conjunto cilindro-pistão sofrem uma expansão de um estado 1, onde a energia interna específica é u1=2709,9kJ/kg, até um estado 2, onde u2=2659,6kJ/kg. Durante o processo, há transferência de calor para o vapor d'água com magnitude de 80kJ. Também um agitador transfere energia para o vapor d'água através de trabalho numa quantidade de 18,5kJ. Não há variação significativa na energia cinética ou potencial do vapor. Determine a energia transferida por trabalho do vapor para o pistão em kJ.
7-) Ar é mantido em um conjunto cilindro-pistão vertical por um pistão com massa de 50 kg e que possui uma área de face de 0,01 m². A massa de ar é de 4 g, e inicialmente este ocupa um volume de 5 l (litros). A atmosfera exerce uma pressão de 100 kPa sobre o topo do pistão. Uma transferência de calor de magnitude 1,41 kJ ocorre lentamente do ar para a vizinhança, e o volume do ar diminui para 0,0025 m³. Deprezando o atrito entre o pistão e a parede do cilindro, determine a varização na energia interna específica do ar, em kJ/kg.
8-) Para um ciclo de geração de potência, as transferências de calor são Q_entra = 25.000 kJ e Q_sai= 15.000 kJ. Determine o trabalho líquido, em kJ, e a eficiência térmica deste ciclo.
9-) Um ciclo de refrigeração possui um coeficiente de desempenho de 2,5. Para este ciclo o calor retirado é de 2000 kJ. Determine o calor que entra no ciclo e o trabalho líquido gasto para retirar calor da fonte fria e enviá-lo à fonte quente, ambos em kJ.
10-) As superfícies externas de pequenos motores a gasolina são frequentemente cobertas com aletas que aumentam a transferência de calor entre a superfície quente e o ar em volta. Motores maiores, como motores de automóvel, possuem um refrigerante líquido que escoa entre passagens no bloco do motor. O refrigerante então passa através do radiador (um trocador de calor de tubo aletado), onde o resfriamento necessário é fornecido pelo ar que escoa através do radiador. Considerando estas informações, explique porque alguns motores utilizam refrigerantes líquidos e outros não.
Por questão de custos e aplicação do motor, pois motores a ar são refrigerados pelo ar que flui na camada externa e dissipando a temperatura do interior do motor, isso o torna mais simples, representando menos componentes que poderiam quebrar, precisar serem substituídos, ou precisar de manutenção.	
Já a refrigeração líquida é utilizada em motores que necessita de sistema mais eficiente, neste sistema o fluido refrigerante atua em ciclo transportando o calor diretamente do interior do motor para o radiador onde a temperatura é diminuída mais rápida, a refrigeração líquida muitas vezes é constituída de componentes frágeis, de manutenção ou reposição mais cara.
11-) Um gás se expande em um conjunto cilindro-pistão de p1=8,2 bar, V1=0,0136 m³ até p2=3,4 bar, em um processo durante o qual a relação entre pressão e volume é pV1,2 = constante . A massa do gás é 0,183 kg. Se a energia interna específica do gás descrescer de 29,8 kJ/kg durante o processo, determine a transferência de calor em kJ. Os efeitos de energias cinética e potencial são desprezíveis.