Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
FENÔMENOS DE TRANSPORTE - LISTA DE EXERCÍCIOS 1 Propriedades dos fluidos Marcelo Costa Dias 1) Determine a densidade absoluta e o peso específico do ar nos sistemas de unidades (SI, MK*S, cgs) em condições normais (15 ºC e 101,3 kPa absolutos, R 287 J/kg.K). (Resp. 1,226 kg/m³; 12,03 N/m³; 1,226 .10-3 g/cm³) 2) Um escritório de engenharia projetou uma residência sem levar em conta as condições climáticas e de conforto ambiental, a equipe de engenheiros justificou para o proprietário que não haveria problema nenhum em relação a temperatura interna do imóvel e que ela nunca ia baixar de 20 ºC mesmo a temperatura externa se mantendo a – 25 ºC porque não há corrente de ar (vento) no local onde o imóvel foi construído. Levando em conta uma pressão externa de 95 kPa e uma pressão interna (dentro do imóvel) normal. Você acha que haveria movimentação de ar de dentro para fora (infiltração), mesmo sem vento? Explique 3) No período da manhã ao sair para a biblioteca um estudante de engenharia calibrou os pneus do seu automóvel com 240 kPa quando a temperatura estava a 15 ºC, durante o dia o carro ficou sob “sol” forte. A tarde ao sair para ir embora após ter estudando Fenômenos de Transportes o dia todo notou que ao passar por buracos na rua os pneus pareciam estar “pedrados” (muito cheios). Este efeito se deve a pressão interna dos pneus, determine a pressão que os pneus estavam quando o estudante foi embora, considerando um dia atípico de verão onde a temperatura média na rua e nos pneus atingiu 47 ºC, e qual das figuras representa a calibragem do pneu na situação anormal que o estudante percebeu. (Resp. 277,9 kPa) 4) A figura abaixo representa um poço produtor de dióxido de carbono em um campo petrolífero, suponha-se que o gás esteja inicialmente, à pressão absoluta de 35 N/m² e à temperatura de 17 ºC. Em seguida esse gás é comprimido em um reservatório à pressão de 87 N/m², em condições isotérmicas. Determine o seu volume específico nas condições inicial e final. (Resp. 159,63 m³ / N e 64,22 m³ / N.) 5) Uma empresa de ônibus tem um reservatório de ar comprimido conforme o da figura abaixo com 1,5 m de raio e 4 m de comprimento, o reservatório está sob uma pressão absoluta de 60 kPa e temperatura de 60 ºC, determine a massa de gás no tanque. Caso fosse uma sala de aula medindo 4 m x 6 m x 3 m e com uma temperatura de 20 ºC qual seria o peso do ar no interior da sala? (Resp. 17,8 kg; 850,4 N) 6) Ao realizar um transporte para uma refinaria o cargueiro da figura transporta 1,5 x 106 barris de petróleo bruto. Determine o peso do petróleo se a sua densidade relativa for de 0,940. Considere que cada barril contém 42 galões, e existem 7,48 gal/pés³. São dados ainda: o peso específico da água nas condições 62,4 lb/ft³. (Resp. 499 x 106 lb) 7) Em uma estação turística um balão esférico de 8 m de diâmetro é preenchido com hélio a uma temperatura de 28 ºC a uma pressão absoluta de 106 kPa. Após o balão estar cheio determine o peso do hélio contido no balão. Dado: RHe 2,077 kJ/kg.K. (Resp 446 N) 8) Em uma indústria um engenheiro projetou o reservatório esférico da figura abaixo com aço de 20 mm de espessura. No reservatório será armazenado dióxido de carbono a uma pressão absoluta de 1,35 Mpa e temperatura de 20 ºC, determine o peso total do tanque. A densidade do aço é 7,85 Mg/m³, e o diâmetro interno do tanque é de 3 m. (Resp. 47,5 kN) 9) As nuvens formam-se a partir da condensação do vapor de água existente em ar úmido na atmosfera. A condensação inicia-se quando mais moléculas de vapor de água são adicionadas ao ar já saturado ou quando a sua temperatura diminui. É o arrefecimento de ar úmido que se eleva na atmosfera que dá origem à formação de nuvens. A elevação do ar é um processo chave na produção de nuvens que pode ser produzido por convecção, por convergência de ar, por elevação topográfica ou por levantamento frontal. Uma nuvem de chuva tem volume aproximado de 6,50 milhas³ e uma altura média de cima para baixo, de 350 pés. Um recipiente cilíndrico com 6 pés de diâmetro coleta 2 pol. De água após a chuva cair da nuvem, estime o peso total da chuva que caiu da nuvem. 1 milha = 5280 pés. (Resp. 10) Um determinado fluido trabalhando em uma temperatura particular apresenta a viscosidade de µ = 0,354 N.s/m². Determine sua viscosidade cinemática no SI e em CGS se sua densidade for 0,868. (Resp. – 0,408 x 10-3 m²/s; 4,08 cm²/s) 11) Determinado teste experimental usando sangue humano a 30 ºC indica que ele exerce uma tensão de cisalhamento de 0,15 N/m² na superfície A, onde o gradiente de velocidade medido na superfície vale 16,8 s- 1. Sabendo que o sangue é um fluido não newtoniano, determine sua viscosidade aparente na superfície. (Resp. 8,93 x 10-3 N.s/m²) 12) Uma experiência consiste em aplicar uma força de 3 mN na placa da figura abaixo, a linha AB no líquido permanece reta e possui uma taxa de rotação angular de 0,2 rad/s. Se a área da superfície da placa em contato com o líquido é de 0,6 m², determine a viscosidade do fluido. (Resp. 0,025 N.s/m²) 13) Os mancais são elementos de máquinas que sevem para apoio fixo para eixos. Geralmente são compostos de uma estrutura de ferro fundido e bipartida (base tampa), que encerra o casquilho, no qual gira o eixo. Existem alguns tipos de mancais, tais como os de escorregamento, deslizamento ou bucha; rolamento; hidrodinâmicos; hidrostáticos e aerostáticos. Se uma força de 2 N faz com que um eixo de 30 mm de diâmetro deslize por um mancal lubrificado com uma velocidade constante de 0,5 m/s, determine a viscosidade do lubrificante e a velocidade constante do eixo quando a força for 8 N. Suponha que o fluido é newtoniano e o perfil de velocidades seja linear. O espaço entre o mancal e o eixo é de 1 mm. (Resp. 0,8498 N.s/m²; 2 m/s) 14) Considere uma placa com ,015 m de largura que passa entre duas camadas A e B, de óleos diferentes, e com viscosidades µA = 0,03 N.s/m² e µB = 0,01 N.s/m². Determine a força necessária para mover a placa a uma velocidade constante de 6 mm/s. Despreze qualquer atrito nos suportes das extremidades. (Resp. 1,35 mN) 15) Em um posto de gasolina foi detectado um vazamento em um dos tanques de combustível, o tanque que apresentava o vazamento estava com gasolina µg = 0,317 x 10-3 N.s/m², e tinha uma longa rachadura na sua lateral, com abertura média de 10 µm. A velocidade de escoamento na rachadura é aproximada pela equação u = 10 x 109 [(10 x 10-6) y – y²] m/s, onde y está em metros, medidos de baixo para cima da rachadura. Determine a tensão de cisalhamento no fundo, em y = 0, e a altura da rachadura onde a tensão de cisalhamento na gasolina é zero. (Resp. 31,7 N/m²; y = 5 µm) 16) Provavelmente você já gravou um CD, viu um CD ser gravado, ou pelo menos já ouviu falar que se grava CDs de música, filmes ou dados, desses que utilizamos nos computadores ou mesmos em aparelhos portáteis como DVDs ou multimídia dos automóveis. Algumas características desses aparelhos são as seguintes: a cabeça de leitura e gravação possui uma área de 0,04 mm² em sua superfície, e esta, é mantida a 0,04 µm acima do disco que gira a uma taxa constante de 1800 rpm. Determine o torque necessário que deve ser aplicado ao disco para vencer a resistência ao cisalhamento por atrito do ar entre a cabeça e o disco. O ar circundante está na pressão atmosférica a uma temperatura de 20 ºC. Dado: µar = 18,1 x 10-6 N.s/m². (Resp. 0,218 µN.m) 17) Visco é um sistema inovador (patenteado pela Behr) para o arrefecimento dos radiadores e consequentemente dos motores dos veículos. Cujo princípio de funcionamento se difere dos eletro- ventiladores, devido ao aproveitamento da energia gerada pelo motor e transmitida para a embreagem viscosa,através do eixo virabrequim ou por transmissão por correias. No Brasil sua grande aplicação se dá nos veículos que possuem alto torque (caminhões, ônibus, caminhonetes). Porém na Europa é muito aplicado nos carros de passeio, de alta performance (BMW, Mercedes, Porsche, além de caminhonetes, caminhões, ônibus). Considere uma embreagem viscosa que contém dois discos A e B, com suas velocidades ωA = 50 rad/s e ωB = 20 rad/s, respectivamente. Determine o torque necessário para sustentar o movimento do disco B. O espaço t equivale a 0,1 mm, e está preenchido com óleo SAE 10 para o qual µ = 0,02 N.s/m². (Resp. 0,942 N.m) 18) A fita adesiva dupla face seve para emendar, fixar, montar, laminar e colar diversos tipos de superfícies. Há uma variedade de fitas dupla face que você pode encontrar no mercado e cada uma delas apresenta uma função específica, dentro daquelas citadas anteriormente. São de fácil aplicação, apresentam adesividade nas duas faces que são protegidas por papel Kraft siliconado. Esta proteção permite que você cole primeiro uma face e depois a outra, dando liberdade de trabalho, sem que você fique colando seus dedos na fita dupla face durante a execução do serviço. A produção de fita dupla face pode ser feita com a máquina da figura abaixo e neste caso por exemplo, uma fita com 10 mm de largura passa por um aplicador, que aplica uma camada de cola (fluido newtoniano) µ = 0,830 N.s/m² de cada lado da fita. Se a lacuna entre cada lado da fita e a superfície do aplicador é de 0,8 mm, determine o torque T quando r = 150 mm necessário para girar o carretel a 0,5 rad/s. (Resp. 7 mN.m) 19) Um viscosímetro é feito com um cilindro de 12 cm de raio que gira no interior de outro, que está fixo, e cujo raio mede 12.6 cm. Os eixos dos cilindros são concêntricos e ambos têm 30 cm de comprimento. É necessário aplicar um torque de 9 kg.cm para manter a velocidade de rotação em 60 rpm. Determinar a viscosidade do fluido que preenche o espaço entre os cilindros. (Resp. 0,0251 kg.s / m²) 20) Motores de combustão interna que queimam combustíveis de hidrocarboneto, o dióxido de carbono que é produzido eventualmente e escapa para a atmosfera, contribuindo, assim, para a poluição do meio ambiente. Calcule a massa específica, o peso específico, a viscosidade e a viscosidade cinemática do dióxido de carbono a uma pressão de 200 kPa absolutos e 90 ºC, R CO2 189 J/kg.K. (Resp. 2,915 kg/m³; 28,6 N/m³; 2.10-5 N.s/m²; 6,861 .10-6 m²/s) 21) Em um motor de combustão interna monocilíndrico, um pistão sem anéis é projetado para deslizar livremente dentro do cilindro vertical. A lubrificação entre o pistão e o cilindro é mantida por uma fina película de óleo. Determine a velocidade com o qual o pistão de 120 mm de diâmetro cairá dentro do cilindro de 120,5 mm de diâmetro. O pistão de 850 g tem 5 cm de comprimento. O lubrificante é o óleo SAE 10W – 30 a 30 ºC. (Resp. 1,106 m/s)
Compartilhar