Atividade Fenômenos pc

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Atividade
Um hidrômetro de massa 2,2 g, tem uma haste cilíndrica na sua parte superior medindo 3 mm de diâmetro. Qual será a diferença de altura de flutuação do hidrômetro em um óleo de densidade 0,780 e em álcool de densidade 0,821?
Fonte: GILLES, R. V. Mecânica dos fluidos e hidráulica.
São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, s/d.
GABARITO
Atividades
Agora, é sua vez. Observe o tubo da imagem e determine a vazão em volume, em massa, em peso e a velocidade média na seção 2, sabendo que o fluido é água e que A1 = 10 cm2 e A2 = 5 cm2 (ρH2O = 1.000 kg/ m3 e g = 10 m/s2)
(Exercício 3.5 do Brunetti, p. 79).
GABARITO
Temos apenas duas superfícies de controle que estarão envolvidas na equação da continuidade:
Lembrando que o vetor área sempre aponta para fora da superfície, podemos encontrar os valores dos ângulos:
Como o fluido é o mesmo, também podemos escrever:
Substituindo os valores, temos:
Para calcularmos a vazão volumétrica, tem-se que Q1 = Q2 = Q, ou seja, podíamos, mesmo sem o valor de V2 já calcularmos através de Q1.
Qem volume = Q1 = A1. V1 = 10-3m2 . 1 m/s = 10-3 m3/s ou 1 L/s
Para calcularmos a vazão em massa basta multiplicar a vazão em volume, já encontrada, pela massa específica do fluido.
Para termos a vazão em peso, basta multiplicarmos a vazão em massa pela aceleração da gravidade.
Qem peso = 1 Kg/s . 10 m/s2 = 10 N/s
Com base na representação do escoamento abaixo, avalie as alternativas e marque a verdadeira.
Partindo-se de vazões volumétricas de óleo e de água, na entrada, com valores iguais, a velocidade de entrada seria maior para o óleo.
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Fonte: BRUNETTI, F., 2008.
Existem dados suficientes para classificar o escoamento em permanente.
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Atividades
Reflita sobre a seguinte questão: o que mantém um avião se deslocando horizontalmente no ar sem cair?
GABARITO
“Quando o avião se desloca horizontalmente ou com uma pequena inclinação para cima, a velocidade do ar da asa é maior do que na face inferior, consequentemente, a pressão do ar é maior embaixo do que em cima da asa. Nessas condições, surge uma força de sustentação de baixo para cima que permite ao aparelho se manter no ar sem cair.”
Fonte: PRÄSS, A. R. FisicaNET - o canal da Física na internet. Hidrodinâmica.
Calcule a altura h, em metro, para produzir uma vazão de 85 L/s e uma potência de 15 kW na turbina, e marque a resposta correspondente.
24m
Atividades
Para finalizarmos esta aula, vamos praticar com algumas atividades.
1. A figura a seguir mostra um avião voando a 160 Km/h em uma altitude de 3000 m. Admitindo que a atmosfera seja a padrão, determine a pressão ao longe da aeronave, ponto 1, a pressão no ponto de estagnação no nariz do avião, ponto 2, e a diferença de pressão indicada pelo tubo de Pitot que está instalado na fuselagem (Do livro: Uma introdução concisa à mecânica dos fluidos, de Young, Munson e Okiishi).
Dados: Na altitude de 3000 m tem-se: P= 7,012.104 Pa; ρar = 0,90903 Kg/m3
GABARITO
Vamos aplicar a equação de Bernoulli entre 1 e 2, admitindo o ar como um fluido incompressível já que a variação da sua massa específica é muito pequena:
Vamos transformar a velocidade do avião de Km/h para m/s
Multiplicando por
A pressão indicada no Tubo de Pitot:
2. Com relação ao esquema a seguir, marque a alternativa verdadeira:
A pressão estática em 1 é igual à pressão estática em 3.
A leitura de pressão em 2 é a soma da pressão estática com a pressão dinâmica.
3. Observe o sistema representado, analise as afirmativas e marque a verdadeira.
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O medidor de pressão indicado apresentará uma diferença de pressão estática entre os pontos 1 e 2.
4. Um tubo de Pitot é preso em um barco que se desloca a 45 Km/h. Qual será a altura h alcançada pela água no ramo vertical? (BRUNETTI)
7,8 m
Atividade
Agora é sua vez!
Do que se trata o efeito Venturi e quais as suas aplicações?
Faça uma pesquisa e encontre as respostas.
GABARITO
O efeito Venturi ocorre em sistemas com regime permanente de escoamento onde há um estrangulamento na tubulação implicando em um aumento da velocidade do fluido devido a uma queda de pressão no sistema, a qual pode ser facilmente medida colocando um manômetro nos pontos 1 e 2.
As principais aplicações do efeito Venturi estão na medida da velocidade de escoamento ou vazão em uma tubulação, o chamado medidor de Venturi; nas bombas aspirantes e também na aspiração de vapor de gasolina em motores de explosão.
Exercícios
Para finalizarmos esta aula, resposta as questões seguintes:
1. Observe o sistema esquematizado. Com base nos princípios da hidrodinâmica, marque a alternativa verdadeiro.
C) A pressão na sucção será sempre menor que a pressão na descarga da bomba;
2. Observe o esquema que representa o escoamento de água de um tanque a outro, desprezando-se as perdas.
Avalie cada afirmativa e marque a verdadeira. A pressão em 6 é igual à pressão atmosférica.
A) Tomando-se o nível de referência no ponto 1, a cota dp ponto 6 é 4m;
B) Mesmo os diâmetros das seções 2 e 3 sendo iguais os valores das velocidades v2 e v3 serão diferentes;
C) Como v4 é maior que v5, aplicando-se a equação de Bernoulli, tem-se que P4 é maior que P5, como indicado no manômetro;
D) Aplicando-se a equação da energia entre 2 e 3, tem-se: P2/Υ +v22/2g + z2 = P3/ Υ + v32/2g + z3- HB, onde HB representa a carga da bomba.
3. ÇENGEL, Y. A.; CIMBALA, J. M. cap. 5) A água escoa de uma mangueira ligada à tubulação de água à pressão de 400kPa, conforme a figura abaixo. Uma criança coloca o polegar para cobrir a maior parte da saída da mangueira, fazendo surgir um fino jato de água à alta velocidade. Se a mangueira for mantida para cima, qual é a altura máxima que pode ser atingida pelo jato?
40,8 m;
Atividade 2
Com base na imagem responda à seguinte pergunta:
Qual a expressão para a taxa de calor quando o processo de condução se dá em uma superfície cilíndrica?
GABARITO
Exercícios
Vamos finalizar esta aula com alguns exercícios de fixação:
1. Com relação aos mecanismos de transmissão de calor, avalie cada alternativa e marque a verdadeira:
O mecanismo da convecção é o único que sofre a transferência do transporte de massa além da variação de temperatura.
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2. (U. F. São Carlos-SP) Um grupo de amigos compra barras de gelo para um churrasco em um dia de calor. Como as barras chegam com algumas horas de antecedência, alguém sugere que sejam envolvidas em um grosso cobertor para evitar que derretam demais. Essa sugestão:
Faz sentido, porque o cobertor dificulta a troca de calor entre o ambiente e o gelo, retardando o seu derretimento.
3. (ENEM – 2013)
Disponível em: http://casadosnoopy.blogspot.com.br/. Acessado em 14/06/2011.
Quais são os processos de propagação de calor relacionados à fala de cada personagem?
Irradiação e condução.
tividade 1
Agora é sua vez!
Aplique os conceitos que você aprendeu até aqui e resolva a atividade a seguir.
Uma parede de um forno é constituída de duas camadas: 0,4 m de tijolo refratário (k = 1,2 kcal/h.m.°C) e 0,2 m de tijolo isolante (k = 0,15 kcal/h.m.°C). A temperatura da superfície interna do refratário é 1800°C e a temperatura da superfície externa do isolante é 150°C. Desprezando a resistência térmica das juntas de argamassa, calcule:
Levantando os dados:
L1 = 0,4m             K1 = 1,2 kcal/h.m.°C
L2 = 0,2m             K2 = 0,15 kcal/h.m.°C
T1 = 1800°C        T2 = 150°C
a) a taxa de calor perdido para uma área de parede de 40m².
GABARITO
Substituindo na equação da taxa de calor,
b) a temperatura da interface refratário/isolante.
GABARITO
Atividade 1
Analise cada uma das afirmações sobre a geladeira doméstica:
I) o congelador está colocado na parte superior para permitir as correntes de convecção;
II) o ar frio desce, por convecção, resfriando os alimentos;
III) as prateleiras não são inteiriças, mas têm a forma de grade, de modo a permitir a convecção do ar no interiorda geladeira;
IV) deve-se, nos modelos mais antigos, retirar periodicamente o gelo que se forma sobre o congelador para não prejudicar a troca de calor.
Estão corretas as afirmativas:
I, II, III e IV
Atividade 2
Agora é a sua vez!
Uma parede de um forno é constituída de duas camadas: 0,2m de tijolo refratário (K = 1,2 Kcal/h.m.ºC) e 0,13m de tijolo isolante (0,15 kcal/h.m.ºC). A temperatura dos gases dentro do forno é 1700ºC e o coeficiente de película, na parede interna, é 58 kcal/h.m2.ºC. A temperatura ambiente é 27ºC e o coeficiente de película, na parede externa, é 12,5 kcal/h.m2. Desprezando a resistência térmica das juntas de argamassa, calcule:
a) O fluxo de calor na parede;
GABARITO
b) A temperatura nas superfícies interna e externa da parede.
Fonte: QUITES, Eduardo E. C. e LIA, Luiz R. B. Introdução à Transferência de Calor (apostila)
GABARITO
Atividade 3
Sobre os processos de transmissão de calor, avalie cada afirmativa em verdadeira ou falsa:
I) O ar atmosférico e o gelo são bons condutores de calor.
II) A propagação de calor por condução não ocorre no vácuo.
III) A propagação de calor por convecção ocorre nos fluidos em geral.
IV) Uma malha de lã tem como função fornecer calor ao corpo de uma pessoa.
A sequência correta, de cima para baixo é:
F, V, V, F
Atividade 4
Duas placas grandes de metal, separadas entre si por 4 polegadas (in), são aquecidas a 400ºC e 100ºC, respectivamente. As emissividades são de 0,8 e 0,25 respectivamente. Calcule as taxas de transferência de calor por radiação.
GABARITO
Atividade 5
O Fator de Forma é uma importante grandeza tratada em um dos mecanismos de transmissão de calor. Pesquise sobre ele e responda à pergunta:
Qual o limite máximo do Fator de Forma? Justifique.
GABARITO
O Fator de Forma trata de uma fração de energia que está sendo trocada, portanto o máximo deverá ser 1 e isto vai ocorrer quando toda a energia for trocada.
Atividade 6
Uma tubulação de estanho (ε = 0,1) conduz ar quente, com diâmetro de 25cm e temperatura superficial de 100ºC, está localizada em um grande compartimento com paredes a 20ºC. O ar, no compartimento, está a 25ºC e o coeficiente de película é 5 kcal/h.m2.ºC. Determine a quantidade de calor por unidade de tempo tomando o comprimento unitário, sabendo que a superfície do tubo é muito menor que a do compartimento, portanto o fator de forma é igual à emissividade.
338 kcal/h