Lista Mecânica dos Fluidos fenômenos de Transporte

TH047 Elementos de Mecânica dos Fluidos II TH064 Fenômenos de Transporte na Eng de Produção Segundo Semestre de 2024 Lista de Exercícios número 1 A lista de exercícios deverá ser solucionada e apresentada individualmente em texto manuscrito original em papel Em cada página do manuscrito deverá constar o nome o GRR e a assinatura do aluno Na correção dos exercícios considerase o detalhamento apresentado no desenvolvimento da solução figuras esboços hipóteses adotadas justificativas sobre as equações empregadas métodos usados e cálculos parciais Os exercícios deverão ser entregues até o dia 28102024 1 8 Preparar um resumo do seguinte artigo JM Rodríguez Gómez F Carlesso L E Vieira L Da Silva A irradiância solar conceitos básicos Revista Brasileira de Ensino de Física vol 40 nº 3 DOI httpdxdoiorg10159018069126RBEF 20170342 wwwscielobrrbef 2018 2 8 Um recipiente de alumínio 𝑐𝑝 903 JkgK com massa igual a 0120 kg encontrase na temperatura de 20C é totalmente preenchido com 0300 kg de água 𝑐𝑝 4178 JkgK que inicialmnte encontrase a uma temperatura de 70C Supondo que não existe troca de calor com o ambiente externo calcular a temperatura do sistema quando for atingido o equilíbrio térmico 3 10 Uma barra de chumbo 𝑘 353 WmK com 15 cm de comprimento é colada pela extremidade numa barra de cobre 𝑘 401 WmK de 25 cm de comprimento As duas barras são perfeitamente isoladas em suas partes laterais As seções transversais das duas barras são iguais a um quadrado com lados iguais a 12 mm A extremidade livre da barra de chumbo encontrase fixada numa parede que é mantida a 120C e a extremidade livre da barra de cobre é fixada numa parede que é mantida a 15C Calcular a temperatura na junção entre as duas barras e a taxa total de transferência de calor 4 8 A parede de uma casa com espessura de 22 cm foi executada com um material com 𝑘 068 WmK A superfície interna da parede encontrase na temperatura de 22C A superfície externa está em contato com o ar em movimento com ℎ 25 Wm²K e temperatura de 5C Calcular a temperatura da superfície externa da parede e o fluxo de calor por unidade de área através da parede 5 8 No interior de um recipiente calor produzido por decaimento radiativo incide nas paredes do recipiente numa taxa de 550 Wm² A parede do recipiente é de aço 𝑘 43 WmK com espessura de 10 mm Considerandose que a temperatura é uniforme no interior do recipiente e que na superfície externa do recipiente 𝜀 𝛼 017 calcular as temperaturas das superfícies interna e externa do recipiente O recipiente está trafegando no espaço sideral onde 𝑇 273 K 6 8 A absortividade de uma superfície pode ser definida como 𝛼1 02 para 𝜆 𝜆1 e 𝛼2 07 para 𝜆 𝜆1 sendo 𝜆1 16 106 m O pode emissivo desta superfície pode ser determinado com a seguinte expressão 𝐸𝑇 𝜆 𝑐1𝜆5 exp 𝑐2 𝜆𝑇 sendo 𝑐1 uma constante de proporcionalidade e 𝑐2 00145 mK Calcular a absortividade média de uma superfície que se encontra com temperatura de 1500 K 7 10 Através de uma parede como esquematizado na seguinte figura existe um fluxo de calor em regime estacionário de 2 kWm² São conhecidos os seguintes dados 𝑇1 1100C 𝑇2 40C espessura da parede 1 igual a 50 cm 𝑘1 087 WmK e 𝑘2 035 WmK Calcular a a espessura da parede 2 e b o coeficiente de transferência de calor por convecção entre a superfície externa da parede 2 e o ar em movimento com temperatura de 5C 8 8 As paredes de um forno são mantidas na temperatura de 1200C Os gases em circulação ℎ 100 Wm²K dentro do forno encontramse na temperatura de 1200C Dentro do forno circula uma longa tubulação metálica 𝜀 𝛼 09 e diâmetro externo de 150 mm com vapor de água na temperatura de 900C Calcular a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento na superfície do tubo 9 8 Uma turbina esquematizada na seguinte figura produz 500 hp é alimentada no ponto 1 orifício de 1800 cm² com um fluxo de massa em regime permanente de 9 kgs de vapor de água a 210 kPa absoluta e 93C No ponto 3 orifício de 460 cm² o fluxo de massa de vapor de água é liberado para o meio externo na pressão atmosférica e 300C Considerando que as variações de energia potencial são desprezíveis calcular o fluxo de calor que é adicionado na turbina no ponto 2 10 8 Considerando que o metanol é um líquido não viscoso para o sifão abaixo esquematizado calcular a a máxima vazão possível e b o comprimento ℎ para esta vazão Adotar 𝑎 3 m 𝑏 5 m e 𝐷 100 mm 11 6 Bombeiase gasolina ao longo de um tubo horizontal de ferro fundido 𝑓 0024 com diâmetro de 8 in e 300 m de comprimento A pressão absoluta na saída da bomba instalada no início do tubo é igual a 60 lbfin² e a pressão de saída do tubo é atmosférica Determinar a vazão escoada no tubo 12 10 No sistema ilustrado na figura abaixo escoa água 𝜌 1000 kgm3 Calcular a vazão escoada para o reservatório 2 considerando a a válvula V fechada e b a válvula V aberta Considerar que os reservatórios possuem grandes áreas superficiais e que ℎ 15 m São conhecidos os seguintes dados sobre a instalação trecho comp 𝐿m Diâmetro 𝐷 mm Fator de res Darcy 𝑓 ad AB 80 120 002 BC 40 100 002 BD 75 100 002 Lista de Exercícios 2 Alumínio Cp 903 Jkgk m1 0120 kg T1 20C Água cp 4178 Jkgk T2 70C m2 01300 kg Considerando que não existe troca térmica com o ambiente Q1 Q2 0 m1cp1ΔT1 m2cp2ΔT2 calor sensível 0120903TF20 013004178TF70 10836TF21672 12534TF 87738 136176TF 899052 TF 6602C 3 15cm 25cm T1 120C T2 75C A 12mm² 144104 m² k 353 Wmk k 401 Wmk Considerando as barras isoladas lateralmente Lei de Fourier Q1 Q2 k1AΔT L1 k2AΔT L2 353TF 120 015 401TF 15 025 8825 TF 1059 6015 TF 90225 TF 136125 68975 2043 C 41 22cm tcm h 25 Wm²k tm 7cm 5C T1 22C T2 k 068 Wmk Calculando as resistências R1 L kA R1 A 022 m 063 Wmk 0324 m²kW R2 1 hA 1 25 004 m²k W RT R1 R2 0364 m²kW Q ΔT R 225 0364 4670 Wm² T2 T1 QR1 22C 9670W m² 0324 m²k W T2 687C 5 10mm Q 550 Wm² k 43 Wmk e a 017 Tambi 273k L 10mm 001 m Tin Text σ 567108 Wm²k No estado estacionário Q1 Q2 Lei de Fourier Lei de StefanBoltzmann 550 Wm² kATin Text L eσAText4 Tamb4 550 Wm² 017 567108 Text4 2734 550 9623109 Text4 535107 Text 4 5106102 48875 K 550 43 W mk Tin 48875 55 43 Tin 48875 Tin 48888 K 001 m 7 Q 2 kWm² T1 1100C T2 40C L1 50cm 05m k1 087 Wmk k2 035 Wmk a Q ΔT Rt Rt ΔT Q 110040 210³ Wm² 053 km²W Rt R1 R2 053 km²W L1 K1A L2 k2A 05 087 L2 035 L2 053 05747 035 00156 m A resistência térmica da parede 1 é superior a resistência térmica total para essa diferença de temperatura e fluxo de calor Algum dado da questão está equivocado u1 Rh 1h1 Rh ΔT Q 405 2000 00175 km²W h1 1 00175 5714 Wkm² 8 Tinu 900C hgas 100 Wm²k Tgas 1200C T D 150 mm 015 m e a 09 Trap 1200C q qred qconv Q A h T0 T00 ε σ T04 Top4 A π D L Q π 075 L 100 900 1200 09 567 108 11734 14734 QL 075 π 30000 11362615 QL 8187939 Wm A tubularsio rodele uma taxa de 8182 kWm 9 m 1 W 500 hp A1 1800 cm2 m 1 9 kg1D P1 270 kPa T1 930C H1 389255 kJkg A3 460 cm2 P3 101 kPa T3 300C m 3 m 1 H3 307399 kJkg Velocidade em 1 m 1 9 kg1038 103 m3kg 9342 103 m3s V1 m 1 A1 9342 103 m3s 018 m2 00519 ms Velocidade 3 m 3 9 kg0 2160 m3kg 234 m3s V3 m 2 A2 234 m3s 0046 m2 50870 ms Q W m h1 h3 V12 V32 2 Q 500 74517 Js 9 kg 389255 307399 103 005192 5087102 2 Q 372800 Js 22 998 12441 Js 2337 MW 11 f 0014 D 8 in L 300 m P1 60 Pa1m2 P2 7 Pam Proprieda 715 kgm3 Considerando regime permanent e escorramento incompressivel os veloctidades sais iguals z1 P1 V12 2g z2 P2 V22 2g hp Perda de carga hp f V2 L D 2 g P1 413685 Pa P2 101325 Pa D 012032 hp P1 ρg P2 ρg f V2 L D 2 g P1 P2 ρ f V2 L 2 D 413685 101325 715 0024 300 V2 2 012032 V2 247 V 157 ms Q V A 157 π D2 4 0054 m3s