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Fenômenos de Transporte

Colégio Objetivo
7. Um sistema de alimentação de água por gravidade é utilizado para alimentar um equipamento de troca de calor. Para alimentar o trocador, é necessária uma pressão de água na entrada de, no mínimo 30 psig. Qual deve ser a altura mínima necessária (h) de água acima do equipamento?


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ESTÁCIO

Respostas

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Para determinar a altura mínima necessária (h) de água acima do equipamento, podemos utilizar a fórmula da pressão hidrostática: P = ρ * g * h Onde: P é a pressão em pascal (Pa) ρ é a densidade da água em kg/m³ g é a aceleração da gravidade em m/s² h é a altura em metros Sabendo que 1 psi (pound per square inch) é aproximadamente igual a 6895 Pa, podemos converter a pressão mínima de 30 psig para pascal: P = 30 * 6895 = 206850 Pa Considerando a densidade da água como 1000 kg/m³ e a aceleração da gravidade como 9,8 m/s², podemos rearranjar a fórmula para encontrar a altura mínima necessária: h = P / (ρ * g) h = 206850 / (1000 * 9,8) h ≈ 21,1 metros Portanto, a altura mínima necessária de água acima do equipamento de troca de calor é de aproximadamente 21,1 metros.

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ESTÁCIO

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4. A difusividade térmica () também é uma propriedade térmica dos materiais. Ela é a relação entre a condutividade térmica e a capacidade calorífica volumétrica. O calor específico (cp) da parafina a 300 K é 2890 J/(kg.K), a condutividade térmica é 0,82 Btu/(h.m.K) e sua massa específica é 56,20 lbm/ft3. Determine a difusividade térmica no sistema internacional.


5. A convecção do calor foi estudada por Newton, que estabeleceu uma lei básica para descrevê-la, afirmando que o fluxo de calor transportado por convecção é diretamente proporcional à diferença de temperaturas entre o sólido e o fluido longe da parede. Newton introduziu uma constante de proporcionalidade denominada coeficiente de transferência de calor convectivo (h). Você experimenta o resfriamento por convecção toda vez que coloca a mão para fora da janela de um veículo em movimento ou em um escoamento de água corrente. Com a superfície da sua mão a uma temperatura de 30C, determine o fluxo de calor por convecção para: a) um veículo com velocidade de 35 km/h no ar a -5C com coeficiente de convecção de 40 W/(m2.K) e b) uma velocidade da água de 0,2 m/s a 10 C com coeficiente de transferência de calor de 900 W/(m2.K). Em qual condição você sentiria mais frio? Compare os resultados com uma perda de calor de 30 W/m2 em condições ambientais normais.


6. A difusividade mássica ou coeficiente de difusão (DAB), indica a velocidade (ou intensidade) com que o transporte de massa pode ocorrer. Essa propriedade é sempre função dos componentes A e B da mistura, o soluto e o solvente, sendo que DAB = DBA. A ordem de grandeza dos valores de difusividade varia, desde de valores iguais a 3,5 x 10-9 cm2/s, para cádmio em cobre, até valores de 1,32 cm2/s, para o hidrogênio em hélio. Determine estes valores em ft2/h e m2/s.


8. Discuta a afirmação (falsa/verdadeira - justificar): 'Considerando a estrutura apresentada na figura abaixo, pode-se afirmar que pela Lei de Pascal as pressões nas superfícies 1 e 2 devem ser iguais'.


9. A figura que segue ilustra um manômetro de tubo em 'U' acoplado a uma tubulação através da qual escoa água. Na condição mostrada, pergunta-se: a) Qual o sentido do escoamento da água? Justifique. b) Qual a diferença de pressão entre A e B (ΔP)? Dados: h=0,4 m, ρ=1000 kg/m3, ρF=5000 kg/m3


10. Determine a diferença de pressão entre os tanques A e B, sabendo que d1 = 2 ft, d2 = 6 in., d3 = 2,4 in e d4 = 4 in.

11. Um copo contém água a uma altura de 5 in. Um canudo colocado no copo forma um ângulo de 75o com a horizontal. Considerando que o canudo toca o fundo do copo e tem comprimento de 10 in, qual deverá ser a pressão relativa aplicada no topo do canudo para que a água possa ser bebida? Dados: Patm = 14,7 psia = 406,8 in de H2O


12. Na figura que segue, o compartimento A contém um gás de densidade desprezível. Qual a pressão relativa em A? Dados: h1=12 cm ρ1=2 g/cm3 h2=15 cm ρ2=3 g/cm3 h3=10 cm ρ3=4 g/cm3 Massas específicas: Fluido A: ρA Fluido B: ρB


16. Um submarino pesa 8000 kN. Com este peso ele flutua na superfície da água doce com 90% de seu volume total imerso. Que volume de água deve ser admitido em seus tanques a fim de que ele possa submergir totalmente?
Dados: g = 9,8 m/s^2 e ρ = 1000 kg/m^3


17. Calcular a altura H do sistema da figura que segue.
Dados: ρÁgua=1000 kg/m^3, ρHg=13600 kg/m^3, ρÓleo=920 kg/m^3

18. Quando se deseja precisão em medidas de pequenas variações de pressão, utiliza-se um manômetro de tubo inclinado, conforme mostrado na figura abaixo. Sabendo-se que o fluido manométrico estava, inicialmente, no nível descrito pela linha 0-0’, calcule a diferença de pressão (P1-P2) que provocou o deslocamento L no tubo.
Dados: θ=30º a=1 cm^2 A=50 cm^2 ρ=0,8 g/cm^3

L=40 cm g=9,81 m/s^2


19. Uma placa de peso desprezível tampa o orifício de 1 ft de diâmetro situado na parte superior de um tanque que contém ar e água, conforme ilustra a figura que segue. Um bloco de concreto (ρC=150 lbm/ft^3) suspenso de volume de 1,5 ft^3 está fixado à placa e encontra-se completamente imerso na água. Um aumento da pressão na parte superior do tanque devido à entrada contínua de ar pressurizado, gera um aumento contínuo no valor de Δh do manômetro de mercúrio (Hg) inclinado. Determine o valor de Δh no momento em que a placa se eleva.
Dados: ρÁgua=1000 kg/m^3 ρHg=13,6 g/cm^3


20. Deseja-se utilizar a estrutura da figura abaixo como uma balança. Determinar o valor máximo da massa de um corpo que possa ser medida desta forma.

Dados: h1 = 2 m; h2 = 50 cm, ρfluido = 13,6 g/cm^3


1. A viscosidade dinâmica, µ, é uma propriedade do fluido que caracteriza a facilidade ou dificuldade do fluido ao escoar. Esta propriedade é de fundamental importância no estudo de mecânica dos fluidos. Sabe-se que a viscosidade dinâmica a 20C do CO2, µCO2, é igual a 0,0146 g/(cm.s) e do mercúrio µHg é igual a 1,547 g/(cm.s). Quais os valores em kg/(m.s) e lbm/(in.h)?


2. A viscosidade cinemática, , também é uma propriedade do fluido. Ela é a relação entre a viscosidade dinâmica e a massa específica:  . Sabe-se que a viscosidade cinemática a 20C da água, H2O, é igual a 1,0037x10-2 cm2/s e do ar ar é igual a 15,05x10-2 cm2/s. Quais os valores em ft2/h e in2/s?


3. A condutividade térmica (k), e por extensão a difusividade térmica () são propriedades dos materiais que indicam a quantidade de calor que pode fluir através do corpo sólido ou do meio fluido sob as condições de temperatura e pressão a que estão submetidos. A ordem de grandeza dos valores de condutividade térmica abrange uma faixa muito ampla, podendo ter valores muito baixos, como para gases, 0,007 W/(m.C), chegando a cerca de 0,15 W/(m.C) para líquidos, atingindo altos valores para sólidos metálicos 410 W/(m.C). Determine os valores acima para Btu/(h.ft.F).


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