Fenômenos de Transportes: Estática dos Fluidos

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Universidade Veiga de Almeida
2020/2
Fenômenos de Transportes
Prof. Cezar Pires
Atividade de Pesquisa Individual para A2
Data de entrega: até 01/12/2020
Unidade 2: Estática dos Fluidos
1. A força empuxo é uma ação bastante usual e corriqueira. Vê-se isso na facilidade relativa com que você levanta um corpo dentro de uma piscina em comparação com a mesma ação realizada fora da água, ou seja, no ar.
De acordo com o princípio de Arquimedes, que define o empuxo, marque a única proposição correta abaixo:
a) Quando um corpo flutua na água, o empuxo recebido pelo corpo é menor que o peso do corpo;
b) O princípio de Arquimedes somente é válido para corpos mergulhados em líquidos e não pode ser aplicado para gases;
c) Um corpo total ou parcialmente imerso em um fluido sofre uma força vertical para cima e igual em módulo ao peso do fluido deslocado;
Justificativa: Resposta correta:Um corpo total ou parcial imerso em um fluido sofre uma força
vertical para cima e igual em módulo ao peso do fluido deslocado. Trata-se de definir o princípio
de Arquimedes, pelo qual um corpo imerso em um fluido recebe por parte desse fluido uma força
vertical de baixo para cima, com intensidade (módulo) igual ao peso do volume deslocado pelo
corpo.
Distratores:Quando um corpo flutua na água, o empuxo recebido pelo corpo é menor que o peso
do corpo. Errada. Quando um corpo flutua na água, o empuxo recebido pelo corpo é igual ao
peso do corpo, pois trata-se de uma condição de equilíbrio.O princípio de Arquimedes somente é
válido para corpos mergulhados em líquidos e não pode ser aplicado para gases. Errada. O
princípio de Arquimedes é válido para corpos mergulhados em qualquer fluido líquido ou
gases.Se um corpo afunda na água com velocidade constante, o empuxo sobre ele é nulo. Errada.
Se um corpo afunda na água com velocidade constante ou não existe empuxo atuando sobre ele,
ocorre que nesse caso o peso é maior que o empuxo.Dois objetos de mesmo volume, quando
imersos em líquidos de densidades diferentes, sofrem empuxos iguais. Errado: Dois objetos de
mesmo volume, quando imersos em líquidos de densidades diferentes, sofrem empuxos
diferentes dado que o módulo do empuxo depende não somente do volume do corpo mas
também da densidade do fluido continente.
d) Se um corpo afunda na água com velocidade constante, o empuxo sobre ele é nulo;
e) Dois objetos de mesmo volume, quando imersos em líquidos de densidades diferentes, sofrem empuxos iguais.
2. A figura abaixo representa um escoamento de água em uma tubulação forçada. A água escoa com velocidade de 5 m/s no lado 1 indicado pela seta, que possui área da seção transversal igual a 2 m².
No lado oposto existe uma bifurcação para os ramais 2 e 3. No ramal 2 a água sai com velocidade de 4 m/s.
Considerando o escoamento permanente a opção que indica corretamente a vazão, em m³/s, no ramal 3 é:
a) 1
b) 2
c) 4
d) 8
e) 10
justificativa: 
Resposta correta:2.Q1 = A1 . v1 = 2 m² x 5 m/s = 10 m³/s.Sendo dado v2 = 4 m/s e
pela figura A1 = A2, temos que Q2 = A2 . v2 = 2 m² x 4 m/s = 8 m³/s;logo, como o escoamento é
permanente (vazão constante) Q3 = Q1 – Q2 = 10 m³/s – 8 m³/s = 2 m³/s.
Distratores: 1. Errada. O erro está se usarmos a velocidade v1 errada e igual a 4,5 m/s.4.Errada. O
erro está se usarmos a velocidade v2 errada e igual a 3,0 m/s.8. Errada. O erro está em não
subtrairmos Q1 de Q2 e assumirmos Q2 como igual a Q3.10. Errada. O erro está em não
subtrairmos Q1 de Q2 e assumirmos Q1 como igual a Q3
3. Denominam-se condutos forçados ou condutos sob pressão, as tubulações onde o líquido escoa sob uma pressão diferente da atmosférica. As seções desses condutos são sempre fechadas e o líquido escoa por pressão, enchendo-as totalmente. São em geral de seção transversal circular.
Adutoras são condutos forçados formados por tubulações e partes integrantes (conexões, registros, válvulas...), que têm por objetivo transportar a água, interligando as unidades do sistema de abastecimento de água da captação no manancial até a rede de distribuição.
Na figura abaixo temos uma adutora que escoa em regime permanente (estacionário). No trecho entre 1 e 2 a adutora é horizontal e apresenta diâmetro constante.
Marque a alternativa correta.
a) a pressão na seção A é menor que a pressão na seção B.
b) a vazão é maior na seção B.
c) as alturas piezométricas nas seções A e B são iguais.
d) a velocidade de escoamento é maior na seção A.
e) as velocidades de escoamento em A e B são iguais.
4. Os aquecedores de passagens são muito usados em instalações residências por ser de baixo custo de instalação e pelo gás ser em geral mais barato que a eletricidade usada em boyler elétricos (aquecedores de acumulação). Nestes aquecedores a água percorre uma serpentina metálica aquecida por radiação devido a chama do gás, conforme ilustrado na figura abaixo. A serpentina por sua vez aquece a água por condução durante sua passagem.
Podemos então calcular o custo de um banho de duração média de 10 minutos.
Considere que:
- a vazão de um chuveiro em uma casa (baixa pressão) com registro meio aberto é de 9,0 l/min;
- 1 m³ de gás pode produzir em média 4.000 kcal;
- a água é aquecida de uma temperatura ambiente de 20 oC para 60 oC;
- calor específico da água: 1,0 kcal/kg oC;
- considerar que o preço unitário do gás encanado na cidade do Rio de Janeiro é: 5,00 R$/m³ de gás.
Qual o custo do banho em R$?
5. Em uma tubulação forçada utilizou-se um tubo de Pitot para medir a velocidade de escoamento no centro da tubulação, conforme mostra a figura.
As alturas h e H foram medidas encontrando respectivamente 3,0 e 8,0 centímetros e o diâmetro da tubulação é de 100 mm.
Considerar um coeficiente de correção igual a 0,85.
Pede-se calcular:
a)	a velocidade no ponto 1; (1,0 ponto)
b)	considerando esta velocidade como representativa da média na seção transversal, calcular também a vazão do conduto. (1,5 ponto)
6. Num dia de verão com o céu limpo, um banhista na praia tem dificuldade de andar na areia que está muito quente, contrastando com a água do mar está muito fria.
Durante a noite, esse mesmo banhista observa que ocorre o contrário, isto é, a areia da praia está fria enquanto a água do mar está morna.
O fenômeno relatado se deve ao fato de que:
a) a densidade da água do mar é menor que a da areia.
b) o calor específico da areia é menor que o calor específico da água.
c) o coeficiente de dilatação térmica da água é maior que o coeficiente de dilatação térmica da areia.
d) o calor contido na areia, à noite, propaga-se para a água do mar.
e) a turbulência da água do mar retarda seu resfriamento.
7. A fluido dinâmica se preocupar com o escoamento fluido e grandezas físicas envolvidas como energia, pressão, velocidade, vazão, ....
Considere a água em escoamento permanente (estacionário) em uma tubulação forçada, onde a seção 2 situa-se a uma altura h acima da seção 1, conforme mostra a figura a seguir. É correto afirmar que:
a) a carga cinética é maior na seção 1.
b) a vazão é a mesma nas duas seções.
c) a pressão estática é maior na seção 2.
d) a velocidade de escoamento é maior na seção 1.
e) a pressão em 1 é menor do que a pressão em 2.
8. Calcular o volume e o peso específico de um sólido não homogêneo de forma irregular.
São dados:
•	peso do sólido: 12,0 kgf;
•	peso aparente de sólido quando imerso em óleo: 5,0 kgf;
•	peso específico do óleo: 800 kgf/m³.
Para isso primeiramente, determinaremos o EMPUXO:
Fa = Fp - E
E = Fp - Fa
E = 117,68 N - 49,03 N
E = 68,65 N
E com isso pode utilizar o Princípio de Arquimedes para encontrar o volume do sólido.
E = ρoleo × V × g
68,65 = 800 × V × 9,81
V = 0,0088 m³
E com o volume podemos encontrar a densidade, pois ja possuímos a massa!
E com o volume podemos encontrar a densidade, pois ja possuímos a massa!
ρsólido = m/v
ρsólido = 12 / 0,0088
ρsólido = 1.363,636 kg/m³
9. A disciplina de Fenômenos de Transportes divide-se em transporte de massa e energia. O transporte de energia ocorre por meio da propagação de calor que por definição é a energia em transito.Observa-se que existem na natureza três formas de transferência de calor. Marque a alternativa correta a respeito dos processos de propagação de calor.
a) Os processos de propagação de calor por condução e convecção ocorrem em todos os tipos de meios/estados: sólido, líquidos e gasosos.
b) O processo de radiação de calor ocorre somente no vácuo.
c) A convecção é o processo de propagação de calor que proporciona o efeito das brisas marítimas, nas trocas de ar quente e ar frio.
d) A condução térmica ocorre somente em líquidos.
e) A irradiação é um processo de transferência de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas pertencentes ao espectro visível.
10. O conceito de dilatação é importante na prática de Engenharia. Vamos considerar um franco de vidro com capacidade 200 ml de volume, que encontra-se completamente cheio de mercúrio. O sistema recipiente está cheio totalmente de mercúrio e se encontram a 30 °C. Se a temperatura do sistema eleva-se para 90 °C, qual é o volume de mercúrio, em ml, que transborda do recipiente?
São dados: γHg = 1,8 x 10–4 °C–1; γvidro = 3,0 x 10–5 °C–1
O importante dessa questão é entender que a variação de temperatura é a mesma para os dois materiais (vidro e mercúrio), mas cada um reage de forma diferente à dilatação levando a um transbordamento do mercúrio.
A questão deveria ter informado os valores dos coeficientes de dilatação, que são:
Mercúrio: 1,8×10^(-4)
Vidro: 3,0×10^(-5)
Além disso temos o volume inicial de 200 ml e o ΔT de 60ºC
Assim teremos que ΔVreal = Vapa + ΔVaparente
200 * 1,8 * 10^-4 * 60 = 200 * 3 * 10^-5 * 60 + ΔVapa
21600 * 10^-4 = 36000 * 10^-5 + ΔVapa
ΔVapa = 2,16 - 0,36
ΔVapa = 1,8 ml
Resposta: 1,8 ml é o volume de mercúrio que transborda do recipiente.