FT6_Lista01

Prévia do material em texto

102130 - Fenômenos de Transporte 6 
Prof.ª Janaina Fernandes Gomes 
Lista 1 - Fenômenos de Transporte 6 
Unidade 1 - Introdução aos Fenômenos de Transporte 
Unidade 2 - Noções de estática de fluidos 
Unidade 3 - Noções de cinemática de fluidos 
Unidade 4 - Balanço global de massa 
 
1. Usando equações dimensionais, converta: 
a) 38,1 ft/s a milhas/h. (R. 25,978 mi/h) 
b) 554 m4/(dia.kg) a cm4/(min.g). (R. 3,85 X 104 cm4/(min.g)) 
c) 0,04 g/(min.m3) a lbm/(h.ft3). (R. 1,5 X 10
-4 lbm/(h.ft
3)) 
d) 2 L/s a ft3/dia. (R. 6,1 X 103 ft3.dia-1) 
e) 50 lbm/in2 a kg/m2. (R. 3,52 X 10
4 kg.m-2) 
f) 5,37 X 103 kJ/min a hp. (R. 120,02 hp) 
g) 3 semanas a milissegundos. (R. 1,8 X 109 ms) 
 
2. Calcule: 
a) O peso em lbf de um objeto de 25,0 lbm. (R. 25 lbf) 
b) A massa em kg de um objeto que pesa 25 newtons. (R. 2,55 kg) 
c) O peso em dinas de um objeto de 10 toneladas. (R. 9,81 X 109 dinas) 
 
3. A condutividade térmica (k) no Sistema Americano de Engenharia tem a seguinte unidade 
Btu
(h)(ft 2)(ºF / ft ) . 
Converta 1,00
Btu
(h)(ft 2)(ºF / ft ) para 
kJ
(d)(m2)(ºC /cm). 
(R. 1,49 X 104 kJ/(dia•m2•(ºC/cm))) 
 
4. Calcule a densidade em lbm/ft3 de: 
a) Um líquido com uma densidade de 995 kg/m3. (R. 62,116 lbm/ft
3) 
b) Um sólido com uma densidade relativa de 5,7. (R. 355,8 lbm/ft
3). 
 
5. A leitura de um medidor de vácuo conectado a uma câmara é de 36 kPa em um local onde a pressão 
atmosférica é de 92 kPa. Determine a pressão absoluta na câmara. (R: 56 kPa) 
102130 - Fenômenos de Transporte 6 
Prof.ª Janaina Fernandes Gomes 
6. A água de um tanque é pressurizada a ar, e a pressão é medida por um manômetro de vários fluidos, como 
indica a Figura 1. Determine a pressão manométrica do ar no tanque se h1= 0,4m, h2 = 0,6m e h3 = 0,8m. 
Considere as densidades da água, do óleo e do mercúrio como 1000 kg/m³, 850 kg/m³ e 13600 kg/m³, 
respectivamente. (R: 97,8 kPa) 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. Determine a pressão exercida sobre a superfície de um submarino deslocando-se a 225 ft de profundidade 
da superfície livre do mar. Considere que a pressão barométrica seja 14,7 psia e que a gravidade específica 
da água do mar é 1,03. A densidade da água a 32ºF é 62,4 lbm/ft³. (R: 115 psia) 
 
8. Um manômetro a mercúrio (ρ=13600 kg/m³) está conectado a um duto de ar para medir a pressão interna. 
A diferença nos níveis do manômetro é de 10 mm e a pressão atmosférica é de 100 kPa. 
(a) Julgando pela Figura 2, determine se a pressão no duto está acima ou abaixo da pressão atmosférica. (R: 
Acima) 
(b) Determine a pressão absoluta no duto. (R: 101,3 kPa) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9. Um guindaste é usado para abaixar pesos em um lago para um projeto de construção submersa. Determine 
a tensão no cabo do guincho devido a um bloco de aço esférico de 3 ft de diâmetro (densidade = 494 lbm/ft³) 
quando ele está: 
a) Suspenso no ar (R: 6980 lbf) 
b) Completamente imerso na água (R: 6100 lbf) 
 
Ar 
Ar 
Água 
102130 - Fenômenos de Transporte 6 
Prof.ª Janaina Fernandes Gomes 
10. Considere um grande bloco de gelo cúbico flutuando na água do mar. As gravidades específicas do gelo e 
da água do mar são 0,92 e 1,025, respectivamente. Se uma parte de 25 cm de altura do bloco de gelo ficar 
acima da superfície da água, determine a altura do bloco de gelo abaixo da superfície. (R: 2,19 m) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11. O macaco hidráulico de uma oficina de automóveis tem um diâmetro de saída de 40 cm e deve elevar 
carros de até 1800 kg. Determine a pressão manométrica do fluido que deve ser mantida no reservatório. (R: 
141 kPa) 
 
12. Determine a pressão exercida sobre um mergulhador a 20 m abaixo da superfície livre do mar. Considere 
uma pressão barométrica de 101 kPa e uma gravidade específica de 1,03 para a água do mar. (R: 303 kPa) 
 
13. Considere um carro pesado submerso em água em um lago de fundo plano. A porta do motorista tem 1,1 
m de altura e 0,9 m de largura, e sua parte superior está 10 m abaixo da superfície da água. Determine a 
força resultante que age sobre a porta (normal à sua superfície) e o local do centro de pressão se: 
a) o automóvel estiver bem vedado e tiver ar à pressão atmosférica (R.: FR = 102,5 kN e yP = 10,56 m) 
b) o automóvel estiver cheio de água (R.: FR = zero) 
 
14. Considere uma piscina de 8 m de comprimento, 8 m de largura e 2 m de altura acima do solo cheia de 
água até a borda. 
a) determine a força hidrostática em cada parede e a distância da linha de ação dessa força ao solo. (R.: 157 
kN) 
b) se a altura das paredes da piscina dobrar e a piscina estiver cheia, a força hidrostática de cada parede 
dobrará ou quadruplicará? 
 
15. Um campo de velocidade estacionário bidimensional é dado por: 
 
Calcule a localização do ponto de estagnação. 
(R. x = -0,167 e y = 0,758) 
Bloco de gelo 
Mar 
102130 - Fenômenos de Transporte 6 
Prof.ª Janaina Fernandes Gomes 
16. Aproximamos o escoamento do ar em um acessório de aspirador de pó seguindo os componentes da 
velocidade no plano central (o plano xy): 
 
 
e 
 
 
 
Onde b é a distância do acessório acima do piso, L é o comprimento do acessório e é a vazão em volume 
do ar sendo sugado para dentro da mangueira. Determine o local dos pontos de estagnação nesse campo de 
escoamento. 
(R. Na origem (x,y)=(0,0)) 
 
17. Uma sonda fixa é colocada em um escoamento fluido e mede a pressão e a temperatura como funções do 
tempo em determinado local do escoamento. Essa é uma medição lagrangiana ou euleriana? (R. Euleriana) 
 
 
18. Um balão meteorológico é lançado na atmosfera. Quando o balão atinge um altitude na qual é 
neutramente flutuante, ele transmite informações sobre as condições climáticas para estações de 
monitoramento no solo. Essa é uma medição lagrangiana ou euleriana? (R. Lagrangeana) 
 
Piso 
Sonda 
Escoamento 
Instrumento 
transmissor 
Balão meteorológico cheio 
de hélio 
102130 - Fenômenos de Transporte 6 
Prof.ª Janaina Fernandes Gomes 
19. Um campo de velocidade estacionário, incompressível e bidimensional é dado pelas seguintes 
componentes no plano xy: 
 
 
 
Calcule o campo de aceleração (encontre expressões para os componentes da aceleração ax e ay), e calcule 
a aceleração no ponto (x,y) = (-1, 2). (R. ax = 0,806 e ay = 2,21) 
 
20. Um campo de velocidade estacionário, incompressível e bidimensional é dado pelos seguintes 
componentes no plano xy: 
 
Calcule o campo de aceleração (encontre expressões para as componentes da aceleração ax e ay), e calcule 
a aceleração no ponto (x,y) = (2, 1.5) 
(R. ax = 3,27 e ay = 3,32) 
 
21. Ar, cuja densidade é 0,082 lbm/ft³ entra no duto de um sistema de ar condicionado à vazão de volume de 
450 ft³/min. Se o diâmetro do duto for de 16 in determine a velocidade do ar na entrada do duto e a vazão de 
massa do ar. (R. 5,37 ft/s e 0,615 lbm/s) 
 
22. Ar com 2,5 kg/m³ entra em um bocal que tem uma razão entre a área de entrada e de saída de 2:1 a uma 
velocidade de 120 m/s e sai com uma velocidade de 330 m/s. Determine a densidade do ar na saída. (R. 1,82 
kg/m³) 
 
23. Água escoa em regime permanente com velocidade média u1 = 0,6 m/s em um tubo de diâmetro interno 
de 2,4 cm. Na extremidade desse tubo há um disco com 20 pequenos furos, cada um destes tendo 2 mm de 
diâmetro. Calcule a velocidade u2 da água na saída. (R. 4,32 m/s) 
 
24. Um secador de cabelos é basicamente um duto de diâmetro constante no qual são colocadas algumas 
camadas de resistores 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. (R. 14% de 
aumento)