Exercícios de Física: Termodinâmica e Hidrodinâmica

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1) Um secador de cabelos é basicamente um duto de diâme- tro constante no qual são colocadas algumas camadas de resis- tores elétricos. Um ventilador pequeno empurra o ar para dentro e o força a passar através dos resistores, onde ele é aquecido. Se a densidade do ar é de 1,20 kg/m3 na entrada e de 1,05 kg/m3 na saída, determine o aumento percentual na velocidade do ar quando ele escoa pelo secador. (resposta: 14%)
	
2) Água subterrânea está sendo bombeada para dentro de uma piscina cuja seção transversal é de 3 m x 4 m, e a água é descarregada através de um orifício de 5 cm de diâmetro, a uma velocidade média constante de 5 m/s. Se o nível de água no tanque se eleva a uma velocidade de 1,5 cm/min, determine a velocidade com que a água é fornecida à piscina, em m3/s. (Resposta: 0,0128 m3/s)
ENERGIA
3) Energia elétrica deve ser gerada pela instalação de uma turbina-gerador hidráulica em um local 110 m abaixo da superície livre de um grande reservatório de água que pode fornecer água a uma vazão de 900 kg/s de forma constante. Se a geração de potência mecânica da turbina é 800 kW e a geração de potência elétrica é 750 kW, determine a eficiência da turbina e a eficiência combinada do gerador-turbina dessa instalação. Despreze as perdas nos tubos. (resposta: 77,2% e 82,4%)
4) Considere um rio que corre na direção de um lago a uma velocidade média de 4 m/s e vazão de 500 m3/s em um local 70 m acima da superfície do lago. Determine a energia mecânica total da água do rio por unidade de massa e o potencial de geração de energia de todo o rio naquele local. Ignore a energia de escoamento. (Resposta: 347 MW)
5) Água é bombeada de um lago para um tanque de armaze- namento que está 18 m acima a uma vazão de 70 L/s e consome
20,4 kW de energia elétrica. Desprezando as perdas por atrito nos tubos e quaisquer variações da energia cinética, determine (a) a eficiência geral da unidade bomba-motor e (b) a diferença de pressão entre a entrada e a saída da bomba. (a. 60.6%, b.177 kPa)
BERNOULLI
6) O nível da água em um tanque é de 15 m acima do solo. Uma mangueira está conectada à parte inferior do tanque, e o bocal na ponta desta aponta diretamente para cima. A tampa do tanque é hermética e a pressão manométrica do ar acima da superfície da água é de 3 atm. O sistema está no nível do mar. Determine a altura máxima até a qual a corrente de água pode chegar. (Resposta: 46,0 m)
	
7) Em uma usina hidrelétrica, a água entra nos bocais da turbina a 800 kPa absoluta com baixa velocidade. Se as saídas dos bocais são expostas a uma pressão atmosférica de 100 kPa, determine a velocidade máxima com a qual a água pode ser ace- lerada pelos bocais antes de atingir as lâminas da turbina. (reposta: 37,4 m/s)
8) Um tanque pressurizado de água tem um orifício de 10 cm de diâmetro na parte inferior, onde a água é descarregada para a atmosfera. O nível da água está 2,5 m acima da saída. A pressão do ar no tanque, acima do nível da água, é de 250 kPa (absoluta), enquanto a pressão atmosférica é de 100 kPa. Desprezando os efeitos do atrito, determine a vazão de descarga inicial da água do tanque.
(Resposta: 0,147 m3/s)
9) O ar escoa através de um tubo a uma vazão de 120 L/s. O tubo consiste em duas seções de 22 cm e de 10 cm de diâmetro com uma seção de redução suave que as conecta. A diferença de pressão entre as duas secções do tubo é medida por um manôme- tro de água. Desprezando atritos, determine a altura diferencial de água entre as duas seções da tubulação. Tome a densidade do ar como 1,20 kg/m3.
(Resposta: 1,37 cm.)
10) Água está escoando através de um medidor de Venturi, cujo diâmetro é de 7 cm na entrada e 4 cm na garganta. A pressão é medida como 380 kPa na entrada e 150 kPa na garganta. Desprezando atritos, determine a vazão de água.
(Resposta: 0,0285 m3/s)
11) A água de uma piscina com 8 m de diâmetro e 3 m de altura acima do solo deve ser esvaziada destampando um tubo horizontal com 3 cm de diâmetro e 25 m de comprimento anexo à parte inferior da piscina. Determine a vazão máxima de descarga da água através do tubo. Explique também por que a vazão real será menor.
12) Um piezômetro e um tubo de Pitot são colocados em uma tubulação de água horizontal com 4 cm de diâmetro, e a altura das colunas d’água são medidas em 26 cm no piezômetro e 35 cm no tubo de Pitot (ambas medidas da superfície superior do tubo). Determine a velocidade no centro do tubo. (resposta: 1,33 m/s)