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Lista de exercícios de Fenômenos de Transporte – 1a parte 20 semestre de 2004 turma 3E Profa. Dra. Míriam Tvrzská de Gouvêa Exercícios do capitulo 1 de White exercício Pl. 47 Pl. 48 n. 52 Pl resposta 795N n p a,’ + hl h2 exercício resposta 4800 m Pl. 72 8660rn Pl. 75 Pl. 76 7500m Cl [IA; não C] L; 73W h ps Do ; 0. 265m/s Sv. içx to view nut*ge Exercícios do capitulo 2 de White exercício P2. 11 P2. 16 P2. 17 P2. 21 resposta 2. 73 m/ 1. 93 m 21526 cm3/137300 Pa 1838 Ibf/ft2/ 2212 Ibf/ft2/ 2087 Ibffft2 6. 49 m/ 251kPa exercício P2. 6 P2. 3g P2. 40 P2. 44 resposta 250 1. 08N 21. cm 171 Ibf/ft2; o manômetro mede a perda por atrito de 3921bf/ft2; a carga gravitacional é de 221 Ibf/ft2. densidade relativa à água a 200C de 1. 45 P2. 33 P2. 35 24. 8 psi 26100 pa P2. 46 5. 6m3/h P3. 31 P3. 32 P3. 33 P3. 34 P3. 35 P3. 36 -1 0 2CA2gdB- p bL2 dt 6. 06 rws 3. 58 m/s; 31. 2 m/s; 4. 13 m/s 4660 ft/s 11-8 kg/s 6. 33 (SI) 97hp P3. 140(1) P3. 149 P3. 157 “3. 158 P3. 164 P3. 1 65 1640 hp 10. 3 kg/s; 760000Pa a) 0. 495 ft3/s; b) 12. 3ft3/s 169400Pa; 209 m3/h 5. 5 kg/s; 0. 91’Tl A2 2 p M — pl (D) 02 4 P3. 40 P3. 41 500N 0024 750N; 14 N P3. 167 ? 3. 168 104000Pa 1 . 08ft P3. 43 P3. 9 (1) PAGF 0. 3 mm de espessura entre a lata e o canal, calcule a força necessária para manter o movimento. Exercício 02. (prova de FT-I da turma 4C do 10 semestre de 2002) O diagrama a seguir serve para calcular a viscosidade do n- hexano a 50 C ou a 80 C ? Justifique. São dados: Temperatura normal de ebulição do n-hexano: 68, 70 C ; Coordenadas do n- hexano no diagrama: abscissa: 14. 7; ordenada: 7. Exercício 03: Qual a relação entre as vazões volumétricas e as velocidades médias na entrada e na saída de uma contração brusca de seção de área quadrada por onde escoa um fluido ncompressível, isotérmico em regime permanente? Exercício 04: (adaptado de Geankoplis, ex. 2. 6-2 p. 106) Um hidrocarboneto líquido entra por uma tubulação que está sendo aquecida com uma velocidade média de 1. 282 m/s e densidade 902 (SI). A seção transversal do condute na entrada da tubulação mede 0. 00433 m2. Na saída da tubulação a densidade do líquido é avaliada em 875 (SI) e a seção transversal do tubo vale 0. 0526 m2. O processo se dá em regime permanente. Pede-se: a-) a vazão mássica na entrada e saída da tubulação b-) a velocidade édia na saída da tubulação e o fluxo mássico na entrada da tubulaçao. resp. : 5. 007 kg/s; I . 088 mm 1156 kg,’rn2s Exercício 05: (simplificado de Bennett, ex. 3-5 p. 33) Vapor de água entra em uma seção de um tubo de aço de 3 polegadas de diâmetro nominal 3-5 p. 33) Vapor de água entra em uma seção de um tubo de aço de 3 polegadas de diâmetro nominal (SCH 40) com uma pressão absoluta de 14 kgf/cm2, uma temperatura de 31 5. 0C e uma velocidade no seio do fluido de 3. 0m/s. Em um ponto da corrente distante da entrada a pressão é de 10 kgf/cm2 e a temperatura 1 5. 00C. Qual é a velocidade neste ponto? Considerar o escoamento em estado estacionário. Exercício 06: Existem equipamentos que consistem de um casco (tubo de diâmetro grande), em cujo interior se encontram tubos menores, como mostrado na figura a seguir: No interior destes tubos circula um fluido e externamente a eles no interior do casco circula outro fluido. ? o caso do reator indicado na figura a seguir, em que pelo casco circula um óleo usado para a refrigeração dos tubos, em cujo interior circulam reagentes. Diversos reatores industriais tem uma configuração emelhante a essa, como os reatores em que se produz amônia a partir do nitrogênio e hidrogênio (a propositura da configuração do reator de amônia no início do século XX foi merecedora de um prêmio Nobel e revolucionou a indústria química) ou em que se produz óxido de eteno, substância que serve de matéria prima para inúmeros produtos consumidos no dia a dia.

Conhecendo-se a velocidade do tubo de alimentação do casco de 2 cm de diâmetro, a saber 2m/s, qual a vazão volumétrica e velocidade médi alimentação do casco de 2 cm de diâmetro, a saber 2m/s, qual vazão volumétrica e velocidade média da corrente que escoa pelo casco de 20 cm, sabendo-se que em seu interior existem 10 tubos de 1 cm de diâmetro externo? Considere que o fluido que escoa pelo casco seja incompressível, sem variação na composição e que o escoamento seja isotérmico.

Exercício 07 (prova final da turma do 20 semestre de 2001): A figura a seguir ilustra um equipamento bastante encontrado nas indústrias químicas, em que um fluido entra pelo tubo 1 ea sua vazão é dividida ao longo de inúmeros tubos de diâmetros menores. Assumindo que os 200 tubos internos do equipamento ejam idênticos e de diâmetro 0. 5cm e que o tubo 1 tenha 10cm de diâmetro, pede-se calcular a velocidade de escoamento em cada tubo, sabendo-se que a velocidade de escoamento do fluido no tubo 1 é constante e seu valor é de 1 m/s.

Exercício 08 (exemplo 4. 3 de Fox, 2001) Um tanque de 0. 05 m3 contém ar a 800kPa e 150C. No instante inicial ar escapa do tanque através de uma válvula de escoamento de 65 mm2. O ar que passa pela válvula tem uma velocidade de 31 1 m/s e uma massa específica de 6. 13 kg/m3. As propriedades no resto do tanque podem ser consideradas uniformes a cada instante. Determine a taxa instantânea de variação da massa específica do ar no tanque em t=Os. (resp: -2. 8 kg/(m3s)) Exercício 09 (prova final da tur PAGF s OF massa específica do ar no tanque em t-Os. (resp: -2. 48 kg/(m3s)) Exercício 09 (prova final da turma 3D do 10 semestre de 2002) Para resfriar um fluido foi desenvolvido um trocador de calor bem simples, conforme desenho. Supondo que as variações de temperatura sejam baixas, determine o diâmetro do tubo (1) para que a velocidade média do fluido frio na seção x-x seja de 3 m/ s. Dados: fluxo de massa do fluido frio: 4,409 kg/s e diâmetro do ubo (2): D 5 cm.

Densidade do fluido frio: 998 kg/m3. Exercício 10 (prova final da turma 4C do 20 semestre de 2002) O bocal mostrado descarrega uma lâmina de água por um arco de 180a. A velocidade de água é 1. 5 m/s e a espessura do jato é de 30mm, numa distância radial de 0. 3m, a partir da linha de centro do duto de suprimento. Determine: (a) a vazão em volume de água no jato de lâmina (b) a velocidade no duto de alimentação Dado: diâmetro do duto de alimentação: 30 cm. resp. : 42. 41 1/s; 0. 6 Exercício 11 (adaptado dos exercicios 23, p. 3 de Roma e da lista e exercícios da disciplina de FT da FEM/DEP/UNICAMP) Para inflar pneus usa-se uma bomba de pistão, em que se desloca um êmbolo para encher a câmara da bomba de ar atmosférico e em seguida aperta-se o êmbolo de modo a impulsionar o ar para o pneu. Assim, a vazão de ar injeta no pneu é cíclica, como pode ser visto na figura a seguir, em que Tcl representa o tempo de injeta no pneu é cíclica, como pode ser visto na figura a seguir, em que Tcl representa o tempo de injeção no pneu e Tc2 0 tempo para encher a câmara de ar atmosférico.

A vazão mássica instantânea pode ser ut ! modelada segundo a equação: m = mmax sen C] . Pede-se determinar a vazão mássica C] Tc 111 média injetada no período Tcl + Tc2 e a quantidade de massa injetada nesse período. Exercício 12: A figura a seguir mostra dois tanques cilíndricos abertos de estacagem de água à temperatura ambiente de diâmetros Dl e 02. No primeiro tanque entra uma corrente de água com uma vazão volumétrica Fo e sai uma corrente por um tubo de diâmetro interno d com vazão volumétrica Fl. Pede-se: a-) Montar o modelo que descreve a variação das alturas de água nos tanques 1 e 2, hl e h2 em função das vazões Fo e Fl e dos diâmetros Dl e D2. b-) Se a vazão Fl for mantida constante pela atuação na válvula na tubulação, se os tanques inicialmente encontram-se vazios, por quanto tempo a vazão Fo pode ser alimentada no tanque a uma taxa constante até que a altura de água no tanque 2 atinja 80% da altura física deste tanque (1_2)?

Como a altura de água nos tanques se comporta em função do tempo? c-) Suponha agora que a taxa Fl não seja mantida constante e que a velocidade média de escoamento pelo tubo seja dada porv = k hl – h2 . Complete o modelo desenvolvido no item a-) PAGF 7 de escoamento pelo tubo seja dada por v — k hl — h2 . Complete o modelo desenvolvido no item a-) e discuta como o tempo de enchimento dos tanques poderia ser obtido. Discuta também como seria o comportamento das alturas de água nos tanques para esta nova situação.

Exercício 13 (adaptado de Exercícioda lista de exercícios da disciplina de FT da FEM/IJNICAMP) um gerador de vapor consiste de um tanque que é alimentado com água líquida a qual é aquecida até à ebulição, saindo do tanque na forma vapor. Se um gerador é alimentado com água a 250C om uma vazão de 201/h e opera em regime permanente a uma temperatura de 1200C, pede-se: a-) determinar a pressão de operação do gerador b-) determinar a velocidade média do vapor de água que sai por uma tubulação de 4cm de diâmetro interno.

Exercício 14 (adaptado de Exercícioda lista de exercícios da disciplina de FT da FEM/IJNICAMP) No sistema de esgoto residencial esquematizado na figura a seguir, tem-se um tanque coletor do esgoto residencial, ao qual acopla-se um duto de diâmetro D que leva o esgoto para a rede de esgoto da rua. A velocidade de liquido por este duto é dada porv = C h + ho , endo C dado conforme a tabela a seguir e ho=l m, sendo ho a altura do coletor em relação à rede de esgoto.

Pede-se selecionar o menor duto que garanta que para a máxima taxa de esgoto proveniente da residência o nível no tanque coletor não PAGF 8 OF garanta que para a máxima taxa de esgoto proveniente da residência o nível no tanque coletor não ultrapasse metade de sua altura de H=20cm. Admita para a máxima vazão de esgoto o valor de 12 (l/mln). 7 D (cm)S1015 20 25 C (cmO. 5,’s) 0. 6 1. 1 1. 5 1. 7 1. 8 Exercício 15 (adaptado de Exercícioda lista de exercícios da isciplina de FT da FEM/IJNICAMP) A represa da figura abaixo de 40m x 50m que alimenta uma usina hidrelétrica é alimentada por um rio de largura de 5m e 4m de profundidade.

O perfil de velocidades da água no rio é dado por VI (m/h). Sabendo que a vazão média de chuvas seja 40m3/h e que as turbinas só podem ser ligadas quando o nível de água da represa atingir 15m e que no instante de tempo t-0 0 nível de água na represa esteja em 5m, pede-se: a-) em que instante a partir do tempo a turbina poderá ser ligada? b-) qual a vazão que deve ser mantida nas turbinas para que o nivel médio de água na represa ermaneça em 1 5m. c-) qual é a vazão média nas turbinas para que em 10011 0 nível caia de IS para 10m? Exercício 16 (adaptado do Exercici026 de Roma, p. 3) Tem-se um reservatório de água sendo esvaziado através de um orifício a uma vazão Q, variável no tempo conforme o gráfico a seguir. Determine como o nivel de água no tanque irá variar com o tempo. A altura de água inicial no tanque é de 3m, o diâmetro do tanque é de 4. 37m e o da tubula tanque é de 4. 37m e o da tubulação de descarga de 0. 564m. 8 Exercício 17 (adaptado dos Exercíci05-3 e de Shames, 1973, p. 3) Água com uma vazão de 10 ft3/s entra num duto retangular, como mostrado na figura a seguir. Duas das faces do duto são porosas.

Na face superior, adiciona-se água com a vazão dada de acordo com a curva parabólica, enquanto na face frontal sai água numa distribuição linear, de acordo com a figura. Os valores máximos de ambas as vazões indicadas nas figuras são 3 (ft3/s) por unidade de comprimento do duto e 5 (ft3/s) por unidade de comprimento do duto. Sabendo-se que o duto tem 1 ft de comprimento e seção transversal de 0. 1 ft2, pede-se: a-) a velocidade média de saída do duto b-) determinar a posição o duto em que a velocidade média de escoamento assume o máximo valor.

Exercício 18 (prova da turma 3E do 20 semestre de 2002) Considere o tanque aberto à atmosfera a seguir em que se armazena água à temperatura ambiente. O tanque é cilíndrico de diâmetro interno dT . No desenho Fl e F2 simbolizam as vazões volumétricas das correntes de alimentação e retirada de água, respectivamente. O nível de água é representado pela altura de líquido h. O duto de entrada tem seção transversal retangular constante de lados a e b. O duto de saída é circular. Resolva as questões a