Exercícios de FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Lista de Exercícios Resolvida
Questão 1
Desenvolver o perfil de temperatura em uma placa plana de temperatura
em
e
em
. Admita que as propriedades termofisicas são constantes, e que não haja geração de energia interna e que o fluxo de calor ocorre na direção de
(regime permanente e fluxo unidimensional). Considere
e Lé a espessura da placa plana. Considere:
número de letras do seu nome completo (
),
número de letra do seu primeiro nome
e
a sua idade
Ver solução completaQuestão 3
Se a transferência de calor por condução através de um meio ocorrer em condições de regime estacionário, haverá variação de temperatura no meio em relação à posição em um determinado instante? Haverá variação da temperatura com o tempo em uma posição determinada?
Ver solução completaQuestão 4
Em uma tubulação de
polegada, qual o maior valor de vazão para que o escoamento seja enquadrado como laminar?
Ver solução completaQuestão 5
Você deverá estudar a fonte de ruído de um propulsor de um navio que possui velocidade de rotação de 200 rpm e, para isto, usará um modelo de escala 9 vezes menor do que o real.
Sabendo que os números adimensionais importantes do problema são Reynolds, Re , e Froude, Fr , quais os valores: (a) da velocidade de rotação do propulsor do modelo,
, (b) da razão entre a viscosidade cinemática do fluido utilizado no modelo,
, a viscosidade cinemática da água,
(ou seja, do problema real)?
Obs: faça
em que
é um comprimento característico,
a velocidade de rotação e
a velocidade característica para Re e Fr.
Questão 3Escolha uma opção:
a.
e
b.
e
c.
e
d.
e
e.
e
Ver solução completaSabendo que os números adimensionais importantes do problema são Reynolds, Re , e Froude, Fr , quais os valores: (a) da velocidade de rotação do propulsor do modelo,
Obs: faça
Questão 3Escolha uma opção:
a.
b.
c.
d.
e.
Questão 6
A pressão atmosférica em determinado local, obtida a partir de um barômetro de mercúrio, foi de 101 000 Pa. Esse barômetro, conectado a um ambiente fechado, passou a indicar uma coluna de 500 mm de mercúrio. Determinar as pressões absoluta e relativa, em Pascal, que o barômetro passou a registrar. (considerar
)
Ver solução completaQuestão 7
Um evaporador concorrente de duplo efeito é usado para concentrar uma solução de açúcar. Temos que
e
. Vapor saturado a
é utilizado no primeiro efeito. A pressão do segundo efeito
com a temperatura de saturação igual a
. A elevação do ponto de ebulição é dada por
em
. O calor específico da solução é dado por
em KJ/Kg.K. O Cp do vapor de água pode ser admitido constante e igual a
. Os coeficientes globais são dados por:
e
. Assumindo quantidades iguais de vapor gerado, determine
e
;
Ver solução completaQuestão 8
A temperatura em um dia frio de inverno nas montanhas do Wyoming é de
, em uma altitude de 10000 ft . a) Calcule a massa específica do ar, assumindo a mesma pressão que a atmosfera padrão; b) calcule a velocidade do som, c.
Dados: Pressão atmosférica a
Rar=1716 ft.lb/slug.
R; yar= 1,4
slug.ft/s
inch
Resposta: (a)
Ver solução completaDados: Pressão atmosférica a
Questão 9
Água é bombeada de um lago para um tanque, sendo o desnível entre a superfície do lago e a do tanque de 18 m . A vazão da água é de
e a potência da bomba centrífuga de
. Assumindo-se que as perdas por atrito e que possíveis variações de energia cinética são desprezíveis, determinar a eficiência da bomba e a queda de pressão entre a entrada e a saída da bomba.
Ver solução completaQuestão 11
Em um processo de fabricação de cloro por oxidação direta do HCl com ar sobre um catalisador, para formar
e
, a corrente de saída é composta por
e
. Pede-se determinar: a) O reagente limite; b) O percentual em excesso do outro reagente; e c) A conversão da reação.
Ver solução completaQuestão 12
Considere um laminado de epóxi de
) cuja espessura é de
. Como forme de reduzir a resistência térmica em toda a sua espessura, enchimentos cilíndricos de cobre (
) de
de diâmetro foram instalados ao longo de toda a placa, com uma distância de centro a centro de
. Determine o novo valor da resistência térmica da placa epóxi como resultado das inserções de cobre. R.
Ver solução completaQuestão 13
Determinar as pressões absoluta e relativa que prevalecem no interior de um líquido a 3,0m da superfície livre. A densidade relativa do líquido é
e a pressão atmosférica local 101300 Pa. Expresse os resultados nas seguintes unidades:
- Pascal (Pa)
- quilograma-peso por metro quadrado
- quilograma-peso por centímetro quadrado (
)
- bar
- atmosférica física (atm)
- atmosférica técnica (at)
- libra-força por pé quadrado (psf)
- libra-força por polegada quadrada (psi)
Ver solução completaQuestão 14
Num determinado local, o número de horas em que a velocidade do vento varia entre 9,5 e
é igual a 320 horas. Estime a energia anual produzida pela turbina referida quando instalada nesse local (Expresse o resultado em kWh.).
Ver solução completaQuestão 15
Explique a importância das bactérias halotolerantes em microbiologia de alimentos.
Ver solução completaQuestão 16
Na indústria, o conhecimento de algumas propriedades reológicas é muito importante para o cálculo e para o estabelecimento do tipo de instalações que serão usadas no transporte por bombeamento de alimentos fluidos. De acordo com o comportamento da viscosidade, frente a uma força aplicada, os fluidos são classificados em seis categorias. Com base nos conhecimentos sobre o tema, responda:
a) Quais são as seis categorias em que são classificados os fluidos?
b) Caracterize cada uma das categorias, descrevendo o comportamento da viscosidade, quando é aplicada uma força no fluido.
c) Esboce um gráfico no plano cartesiano ilustrando as seis categorias de comportamento reológico.
Ver solução completaa) Quais são as seis categorias em que são classificados os fluidos?
b) Caracterize cada uma das categorias, descrevendo o comportamento da viscosidade, quando é aplicada uma força no fluido.
c) Esboce um gráfico no plano cartesiano ilustrando as seis categorias de comportamento reológico.
Questão 17
Questão: Em um trecho de gasoduto, butano
(
e
) deve ser bombeado através de um tubo com diâmetro interno de
, que liga duas estações de compressão distantes
uma da outra. Na estação de montante a pressão não deve exceder 720 kPa (abs), e na estação de jusante, o gás deve chegar a pelo menos 530 kPa (abs). Considere o fator de atrito para esse duto como 0,008 . Calcule a máxima vazão em volume permitida no gasoduto (em
dia, a
e
), considerando a troca de calor pela parede do tubo suficiente para manter o gás a temperatura constante, igual a
.
Ver solução completaQuestão 18
Ainda sobre a Equação da Conservação da Massa, assinale a alternativa incorreta:
e) O regime permanente de escoamento pode ser bem representado pela operação de escoamento de GNV da saída do cilindro para a zona de combustão do veículo
Ver solução completae) O regime permanente de escoamento pode ser bem representado pela operação de escoamento de GNV da saída do cilindro para a zona de combustão do veículo
Questão 19
Um Tanque Rígido e Isolado com Volume de
contém Ar. O Tanque está equipado com um agitador que transfere ENERGIA para o Ar a uma Taxa Constante de 4 W durante 1 h . A Massa Específica Inicial do Ar é 1,2
. Se não houver Variação nas Energias Cinéticas e Potenciais, determine:
c) a Variação da Energia Interna Específica do Ar, em kJ/kg.
Ver solução completac) a Variação da Energia Interna Específica do Ar, em kJ/kg.
Questão 20
Determine a fase da seguinte substância e a informação pedida: Nitrogênio:
?
Ver solução completaQuestão 22
O que é a condutividade térmica? Quais são suas unidades? Qual o papel desempenhado por ela na transferência de calor?
Ver solução completaQuestão 23
Numa prensa hidráulica, o êmbolo menor tem área de
, enquanto o êmbolo maior tem sua área de 100
. Quando uma força de 5 N é aplicada no êmbolo menor, o êmbolo maior move-se. Pode-se concluir:
a. a força exercida no êmbolo maior é de 500 N .
Ver solução completaa. a força exercida no êmbolo maior é de 500 N .
Questão 24
Descreva o funcionamento de um motor de combustão interna alternativo 4 tempos de ignição por compressão, Diesel.
Ver solução completaQuestão 25
O que caracteriza a fase de declínio da curva de crescimento bacteriano?
Ver solução completaQuestão 27
São consideradas unidades presentes no sistema internacional de unidades (SI):
A. (X) m, kg,
B. () cm, kg, s
C. ()
D. () km, g, h
E. () mm, mg, h
A resposta correta é a) m, kg, s. Essas são as unidades básicas do Sistema Internacional de Unidades (SI) para comprimento (metro - m), massa (quilograma -
) e tempo (segundo - s).
Ver solução completaA. (X) m, kg,
B. () cm, kg, s
C. ()
D. () km, g, h
E. () mm, mg, h
A resposta correta é a) m, kg, s. Essas são as unidades básicas do Sistema Internacional de Unidades (SI) para comprimento (metro - m), massa (quilograma -
Questão 28
Um avião possui a velocidade de
e altitude padrão de 9000 m. Qual é seu número de Mach e qual o tipo de classificação do escoamento, conforme sua velocidade?
Dados: para 9000 m, tem-se:
Tar=229,66K; Par=30,723Pa
ar=0,4661 kg/m3; c=303,8m/s
Resposta:
ESCOAMENTO SUBSÔNICO
Ver solução completaDados: para 9000 m, tem-se:
Tar=229,66K; Par=30,723Pa
Resposta:
Questão 29
Uma parede de um forno é composta por duas camadas: uma camada de tijolo refratário com 0,20 metros de espessura (
) e uma camada de tijolo isolante com 0,13 metros de espessura (
). A temperatura na superfície interna do tijolo refratário é de
, enquanto a temperatura na superfície externa do tijolo isolante é de
. Desprezando a resistência térmica das juntas de argamassa, determine:
b) A temperatura entre o refratário e o tijolo isolante.
a)
; b)
Ver solução completab) A temperatura entre o refratário e o tijolo isolante.
a)
Questão 30
Como a configuração do trocador de calor (paralelo, contra-corrente, fluxo cruzado) afeta a efetividade? Demonstre.
Ver solução completaQuestão 31
Exercícios sobre o Escoamento de fluidos newtonianos em tubos
Para o escoamento de fluidos newtonianos em tubos, explicar como a rugosidade relativa e o número de Reynolds influenciam no fator de atrito para os escoamentos laminar e turbulento. Mostrar que a perda de carga distribuida é diretamente proporcional à vazão, no caso de escoamento laminar e, diretamente proporcional ao quadrado da vazão, no caso de escoamento turbulento a elevados Reynolds.
Ver solução completaPara o escoamento de fluidos newtonianos em tubos, explicar como a rugosidade relativa e o número de Reynolds influenciam no fator de atrito para os escoamentos laminar e turbulento. Mostrar que a perda de carga distribuida é diretamente proporcional à vazão, no caso de escoamento laminar e, diretamente proporcional ao quadrado da vazão, no caso de escoamento turbulento a elevados Reynolds.
Questão 32
Considere um tanque de água cilíndrico de diâmetro D e profundidade de água h . De acordo com a teoria elementar, a vazão no fundo do tanque seria
, onde
. Se o nível da água é
no momento em que o orifício é aberto, deduza uma expressão de cálculo do tempo necessário para o nível de água cair a
.
Ver solução completaQuestão 33
Calcule a potência máxima teórica que seria possível extrair pela turbina eólica referida para uma velocidade do vento de
.
Ver solução completaQuestão 34
Responda no espaço indicado assinalando com F ou V e corrija as sentenças falsas. Somente será considerada a resposta falsa que estiver reenscrita na forma correta.
E)
A difusividade térmica é uma propriedade de transporte que controla um processo de transferência de calor por condução em regime transiente.
Ver solução completaE)
Questão 35
Em relação à massa específica, densidade e peso específico dos fluidos são feitas as seguintes afirmações:
(I) A massa específica dos fluidos varia com a temperatura.
(II) A densidade dos fluidos não tem relação com a temperatura.
(III) A massa específica dos fluidos pode variar com a salinidade.
(IV) A estratificação térmica pode ocorrer em reservatórios profundos, durante o verão.
(V) A estratificação térmica não altera o peso específico de um fluido ao longo da vertical.
Quais itens são verdadeiros? Justifique.
Ver solução completa(I) A massa específica dos fluidos varia com a temperatura.
(II) A densidade dos fluidos não tem relação com a temperatura.
(III) A massa específica dos fluidos pode variar com a salinidade.
(IV) A estratificação térmica pode ocorrer em reservatórios profundos, durante o verão.
(V) A estratificação térmica não altera o peso específico de um fluido ao longo da vertical.
Quais itens são verdadeiros? Justifique.
Questão 36
Uma turbina a gás regenerativa com resfriamento e reaquecimento opera em regime estacionário.
ar entra no compressor a
com vazão mássica de
. A razão de pressão de todo compressor é igual a 10. A razão de pressão em todo processo de expansão também é igual a 10 . O intercooler e o reaquecedor operam a
entrada dos dois estágios da turbina a temperatura é de
. A temperatura da entrada no segundo estágio de compressão é 300 K. A eficiência isentrópica em cada estágio de compressão e expansão é igual a
. A efetividade do regenerador é de
. Determine:
(a) A eficiência térmica do ciclo
(b) A razão de trabalho reverso (back work ratio)
© A potência líquida desenvolvida, em
.
Ver solução completa(a) A eficiência térmica do ciclo
(b) A razão de trabalho reverso (back work ratio)
© A potência líquida desenvolvida, em
Questão 37
Uma reação irreversível e de primeira ordem, em fase líquida, ocorre em um CSTR perfeitamente misturado. A espécie Sobre o comportamento dinâmico desse sistema e sua resposta a perturbações quando operado isoladamente ou em série, avalie as afirmações a seguir.
I. O modelo que representa o perfil dinâmico de concentração molar do CSTR é de primeira ordem.
II. Após atingir a operação em estado estacionário, o CSTR é submetido a uma perturbação do tipo degrau, e um novo estado estacionário é atingido instantaneamente.
III. O perfil dinâmico de concentração molar de dois reatores CSTR operando em série pode ser representado por uma função de transferência de segunda ordem.
IV. Os controles Proporcional-Integral (PI) e Proporcional-Integral-Derivativo (PID) garantem que não haverá erro quando o processo atingir a estabilidade.
É correto apenas o que se afirma em
(A) I e II.
(B) II e IV.
© II e III.
(D) I, III e IV.
(E) II, III e IV.
Ver solução completaI. O modelo que representa o perfil dinâmico de concentração molar do CSTR é de primeira ordem.
II. Após atingir a operação em estado estacionário, o CSTR é submetido a uma perturbação do tipo degrau, e um novo estado estacionário é atingido instantaneamente.
III. O perfil dinâmico de concentração molar de dois reatores CSTR operando em série pode ser representado por uma função de transferência de segunda ordem.
IV. Os controles Proporcional-Integral (PI) e Proporcional-Integral-Derivativo (PID) garantem que não haverá erro quando o processo atingir a estabilidade.
É correto apenas o que se afirma em
(A) I e II.
(B) II e IV.
© II e III.
(D) I, III e IV.
(E) II, III e IV.
Questão 39
Estando a pessoa no ar em repouso a
, qual é a temperatura superficial da pele e a taxa de perda de calor para o ambiente?. A transferência de calor por convecção para o ar é caracterizada por um coeficiente de convecção natural
. K.
Ver solução completaQuestão 40
Uma mistura de galena
e sílica
será submetida a elutriação gravitacional por uma corrente de água que escoa a uma velocidade de
na temperatura de
. A mistura tem
(massa) de galena e a seguinte análise granulométrica com peneiras padronizadas:
|
20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
33 | 53 | 67 | 77 | 83 | 88 | 91 | 93 | 94,5 |
Se a distribuição de tamanhos anterior se aplica tanto à galena quanto à sílica, pede-se:
Calcule as percentagens ponderais da galena, originalmente presente na alimentação, que irão para o topo e para o fundo do elutriador;
Ver solução completaCalcule as percentagens ponderais da galena, originalmente presente na alimentação, que irão para o topo e para o fundo do elutriador;
Questão 41
Deseja-se conhecer a vazão e o diâmetro de uma tubulação com c=120, de forma que a velocidade seja
e a perda de carga seja 5,00 m/100 m.
Ver solução completaQuestão 42
A distância vertical entre a superfície livre da água numa caixa de incêndio aberta a atmosfera e o nível do solo é 30 m . Qual é o valor da pressão estática num hidrante que está conectado à caixa d
Ver solução completaQuestão 43
Durante o fluxo de ar a
sobre a superficie de uma placa mantida uma temperatura constante de
, o perfil de temperatura adimensional dentro da camada de ar sobre a placa está determinado para ser
Onde
e y é a distância vertical medida a partir da superficie da placa em metros (Figura abaixo). Determine o fluxo de calor na superficie da placa e o coeficiente de transferência de calor por convecção.
Dado:
Ver solução completaDado:
Questão 44
O que é a contribuição difusa e convectiva do processo de transferência de massa?
Ver solução completaQuestão 45
A partir da equação de Fick para a difusão de A através da mistura de A e B, prove:
Ver solução completaQuestão 46
Em uma adutora de 150 mm de diâmetro, em aço soldado novo (
), enterrada, está ocorrendo um vazamento. Um ensaio de campo para levantamento de vazão e pressão foi feito em dois pontos, A e B, distanciados em 500 m . No ponto A , a cota piezométrica é 657,58 m e a vazão, de 38,88 l/s, e no ponto B, 643, 43 m e 31,81 l/s. A que distância do ponto A deverá estar localizado o vazamento? Use a fórmula de Hazen-Williams.
Ver solução completaQuestão 47
Onde: -ra = Velocidade da reação; Cao= concentração inicial de
Conversão de
; Xe = Conversão no equilíbrio e K1 e K2 = Constantes da reação reversível.
Pergunta: Discuta a validade desta equação.
Ver solução completaPergunta: Discuta a validade desta equação.
Questão 48
Dois tanques muito grandes, mantido a 323 K e pressão total do sistema de 1 atm, são ligados por um conduto circular de
de diâmetro com 5 m de comprimento. No tanque 1 contém um gás uniforme composto de 60% de acetona e
de ar, enquanto o tanque 2 contém um gás uniforme composto de 10% de acetona e
de ar. Determinar a taxa inicial de transferência de acetona entre os dois reservatórios.
A difusividade do gás de acetona em ar, a 298 K e 1 atm é de
.
Solução:
Ver solução completaA difusividade do gás de acetona em ar, a 298 K e 1 atm é de
Solução:
Questão 49
Quando uma das extremidades de um tubo de pequeno diâmetro é colocada em uma poça de líquido, a tensĩo superficial causa a formaçõo de um menisco na superfície livre, para cima ou para baixo, dependendo do ângulo de contato na interface líquido-sólido-gás. Experièncias indicam que a magnitude do efeito capilar, sh, é uma função do diâmetro do tubo, do peso especifico do líquido,
da tensão superficial,
. Determine o número de parâmetros
independentes que possam ser formados e obtenha um conjunto.
Ver solução completaQuestão 50
Um motor opera em um ciclo Stirling ideal utilizando hélio como fluido de trabalho. Os limites de temperatura do ciclo são
e
, e os limites de pressão são
e 3 Mpa. Assumindo que a massa de hélio utilizada no ciclo é
, determine:
Considere as seguintes propriedades para o hélio:
(a) A eficiência térmica do ciclo.
(b) A quantidade de calor transferido no regenerador.
© 0 trabalho líquido por ciclo.
Ver solução completaConsidere as seguintes propriedades para o hélio:
(a) A eficiência térmica do ciclo.
(b) A quantidade de calor transferido no regenerador.
© 0 trabalho líquido por ciclo.