Trabalho de Fenômenos de transporte

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Equação de Bernoulli
1) A velocidade de um líquido no ponto (1) é de 2m/s, determine a pressão no ponto (1) sabendo que a pressão no ponto (2) é 5x105 Pa. A área do ponto (2) é a metade da área do ponto (1). Considere g = 10 m/s2; ρ = 1000 kg/m3. Resp:3,06x105Pa.
2) A água circula pela tubulação, onde D1 = 400 mm e D2 = 250 mm. À tubulação está ligado um manômetro de mercúrio. Admitindo que não haja perdas de energia entre (1) e (2), determinar:
A) A diferença de pressão entre (1) e (2). Resp:52860 N/m2 
B) A vazão.Resp: 0,5 m3/s
3) Em um tubo horizontal, sua seção no início é A1=600cm2, que se reduz a A2=450cm2 no final do tubo. A vazão é 0,22m3/s de ar (γ= 5x10-6 kgf/cm3 nas condições adotadas). Admitindo o escoamento de um fluido ideal, calcular a diferença de pressão (em kgf/m2) entre A1 e A2 (considere g=9,8m/s2). Resp:2,66kgf/m2
4) A figura mostra um sifão, que é um tubo usado para transferir líquidos de um recipiente para outro. O Tubo ABC deve estar inicialmente cheio, mas, se essa condição é satisfeita, o líquido escoa pelo tubo até que a superfície do líquido no recipiente esteja no mesmo nível que a extremidade A do tubo. O líquido tem uma massa específica de 1000 kg/m3 e viscosidade desprezível. As distâncias mostradas na figura são h1 = 25 cm, d = 12 cm e h2 = 40 cm. (a) Com que velocidade o líquido sai do tubo no ponto C? (b) Se a pressão atmosférica é 1,01 x 105 Pa, qual é a pressão do líquido em B, o ponto mais alto do tubo? (c) Teoricamente, até que altura máxima h1 esse sifão pode fazer a água subir? Resp:3,19m/s; 93,45 kPa; 9,786m.
Equação de Bernoulli e a Presença de uma Máquina
01) Na instalação da figura, o reservatório de grandes dimensões descarrega água pelo tubo a uma vazão de 15 litros/s. Considere o fluido ideal, determine se a máquina instalada é bomba ou turbina e determine sua potência se o seu rendimento for de 75%. A área da seção do tubo é de 12cm2. Determine também o custo de operação para seu funcionamento por 6 h a um custo de R$ 2,87/kWh. Resp.: Turbina R$ 13,62
02) Em um sistema flui água com carga por unidade de peso de 50 m. Determine a potência desse sistema para uma vazão de 72 m3/h. Resp. :10 kW
Transferência de calor: Condução em paredes planas
1) Um edifício foi construído com tijolos cuja espessura e de 25 cm e condutividade térmica igual a 0,54kcal.h−1.m−1.°C−1. A área externa total do edifício e de 720 m2. A temperatura das paredes internas deve ser mantida a 21°C, enquanto que a temperatura externa pode chegar a 43 °C. Determine o consumo mensal com ar condicionado, considerando-se que o equipamento fica ligado 9 horas por dia, durante 22 dias por mês. Considere uma tarifa de R$0,85 por kWh. R.: R$ 3348,44
2) Uma manta de material isolante térmico cuja condutividade térmica é igual a 0,03 W/m°C envolve um recipiente que deve ser mantido a 42°C. A temperatura externa é de 24°C. Medidas realizadas indicaram que a taxa de transferência de calor no sistema é de 20 watts por metro quadrado. Determine a espessura do isolante térmico, em centímetros, que atende à esta especificação. R.: 2,7 cm
3) Um edifício foi construído com tijolos cuja espessura é de 30 cm e condutividade térmica igual a 0,23 W/m.K. A área externa total do edifício é de 880 m2. A temperatura das paredes internas foi inicialmente mantida a 25ºC, enquanto que a temperatura externa chegou a 42 ºC. Reclamações dos usuários levaram à administração do prédio a reduzir a temperatura interna para 21ºC. Determine o aumento no consumo mensal para a nova temperatura interna, se o equipamento ficar ligado 8h por dia. Considere uma tarifa de R$0,66 por kWh. R.: R$ 427,68.
4) Um forno é constituído por duas paredes de aço com 20 mm de espessura intercaladas por uma parede (placa) de cobre com 30 mm de espessura. A condutividade térmica do aço utilizado é igual a 17 W/m.K e a do cobre é igual a 372 W/m.K. A parede mais interna de aço está a 400°C e a região mais externa da outra placa de aço está a 80°C. Determine o fluxo de calor por unidade de área que atravessa o conjunto. R.: 131,5 kW.
1) Um tubo de aço (k = 35 kcal/h.m.°C ) tem diâmetro externo de 3”, espessura de 0,2”, 150 m de comprimento e transporta amônia a -20°C (convecção na película interna desprezível). Para isolamento do tubo existem duas opções : isolamento de borracha (k = 0,13kcal/h.m.°C ) de 3” de espessura ou isolamento de isopor (k = 0,24 kcal/h.m.°C ) de 2” de espessura. Por razões de ordem técnica o máximo fluxo de calor não pode ultrapassar 7000 kcal/h. Sabendo que a temperatura na face externa do isolamento é 40°C, pede-se :
a) As resistências térmicas dos dois isolamentos; Resp.: 0,00897 h°C/kcal e 0,00375 h°C/kcal
b) Calcule o fluxo de calor para cada opção de isolante e diga qual isolamento deve ser usado; Resp.: aço+bor: 6685,7 kcal/h; aço+iso: 15981,7 kcal/h. O isolamento deve ser de borracha.
C) Para o que não deve ser usado, calcule qual deveria ser a espessura mínima em polegada, para atender o limite. Resp.: 8,9”
2) Um duto cilíndrico apresenta raio interno de 22 cm e raio externo de 25 cm. A condutividade térmica deste material é 0,14 kcal.h-1.m-1.oC-1. No interior do duto a temperatura é de 140oC e no exterior 60oC. Determine o fluxo de calor para 100 m de comprimento de tubo. Resp.: 55049,5 kcal/h
3) Uma tubulação com 15 cm de raio conduz vapor de água na temperatura de 120°C. A tubulação é envolta por uma capa cilíndrica de cortiça, com raio interno de 15 cm e raio externo de 17 cm. A superfície externa está em contato com o ar na temperatura de 32°C. A condutividade da cortiça é de 0,04 W.m-1.C°-1. Determine a temperatura para um raio de 16 cm em relação ao centro da tubulação. Resp.: 74,6°C
4) Um reator de paredes planas foi construído em aço inox e tem formato cúbico com 2 m de lado. A temperatura no interior do reator é 600°C e o coeficiente de película interno é 45 kcal/h.m2.°C. Tendo em vista o alto fluxo de calor, deseja-se isola-lo com lã de rocha (k= 0,05 kcal/h.m.°C) de modo a reduzir a transferência de calor. Considerando desprezível a resistência térmica da parede de aço inox e que o ar ambiente está a 20°C com coeficiente de película 5 kcal/h.m2.°C, calcular:
a) O fluxo de calor antes da aplicação do isolamento; 62640,4 kcal/h
b) A espessura do isolamento a ser usado, sabendo-se que a temperatura do isolamento na face externa deve ser igual a 62ºC; 12,73 cm
c) A redução (em %) do fluxo de calor após a aplicação do isolamento. 91,95%
5) Um tanque de formato cúbico é utilizado para armazenar um produto químico a 210ºC, com coeficiente de película de 80 W/m2.°C. A parede do tanque é constituída de uma camada interna à base de carbono (k = 22 W/m.K) de 40 mm de espessura, uma camada intermediária de refratário (k = 0,212 W/m.K) e um invólucro de aço (k = 60 W/m.K) com 10 mm de espessura. Por motivo de segurança dos trabalhadores, a temperatura da superfície externa do aço não deve ser maior que 60°C. Considerando que a temperatura ambiente é 30°C, com coeficiente de película externo de 20 W/m2.K, determine:
a) a espessura mínima do refratário para atender a condição de segurança;50mm
b) a temperatura da superfície externa do aço se a camada de refratário for substituída por uma de isolante (k = 0,0289 W/m.K) de mesma espessura. 35°C