Análise Dimensional e Semelhança
1.
Relação entre pressão e densidade
A velocidade do som c em um gás varia com a pressão p e a densidade ϱ. Mostre através da análise
dimensional que a forma mais apropriada deve ser c= constante * (p/ϱ)1/2
2.
Prototipação avião
Um modelo de avião têm dimensões que correspondem a 1/18 daquelas do protótipo. O objetivo é testar
o modelo em um túnel de vento a uma velocidade igual ao do protótipo. Se a temperatura do ar é a
mesma, assim como o número de Reynolds, qual deverá ser a pressão no túnel de vento relativa à pressão
atmosférica?
3.
Prototipação de aviaõ (ii)
Um avião é desenhado para voar a 240m/s a 8 km de altitude. Se um modelo de escala 1:12 será testado
em um túnel de vento a 25 oC, encontrar a pressão do túnel que produzirá ambos números de Reynolds e
Mach iguais.
4.
Prototipação barco
Um protótipo de barco tem um comprimento de 40 m e está desenhado para uma velocidade de cruzeiro
de 10 m/s (aproximadamente 19 nós). O arrasto está pronto para ser simulado por um modelo de 0.8 m de
comprimento , puxado em um tanque de reboque. Utilizando uma escala de Froude, (a) calcular a
velocidade de reboque, (b) o quociente do arrasto entre protótipo e o modelo, (c) o quociente entre a
potência do protótipo e do modelo.
Fluxos Internos
5.
Sistemas de bombeio
Na figura, 140 litros/s de água fluem através do sistema. Calcular a perda de carga total entre os pontos e2
e 3.
6.
Perda de carga
Óleo SAE10 flui através de uma tubulação de ferro fundido a uma velocidade de 1 m/s. A tubulação tem
um comprimento total de 45 m e um diâmetro de 150 mm. Encontrar a perda de carga devida ao atrito.
7.
Purificador
O purificador industrial B da figura consome água (ν=0.113 * 10-5 m2/s) a um ritmo de 0.1 m3/s. Se os tubos
forem de 150 mm de diâmetro, encontrar a pressão p 1 necessária.
8.
Sistema de bombeio (ii)
Um óleo de peso específico 0.87 está sendo bombeado desde um reservatório mais baixo para um tanque
mais elevado, como mostra a figura. A bomba no sistema é 78% eficiente e consome 185 kW de potência
nesse ponto de eficiência. Determinar o fluxo de óleo na tubulação sabendo que a perda de carga total
entre os pontos 1 e 2 é de 12 m de óleo.
Fluxos Externos
9.
Hidrofolio
Um hidro fólio de 36.5 cm de comprimento e 1.83 m de largura é colocado sobre um fluxo de água de
velocidade 12.2 m/s, densidade 1026 kg/m3 e viscosidade cinemática de 1,015 * 10-6 m2/s. Estime a
espessura da capa limite no final do hidro fólio.
10.
Tubarão
Um tubarão de 60 com de diâmetro e 5.5 m de comprimento nada a 24,69 m/s em água de mar a 20 oC.
Estime a potência necessária para vencer o atrito de arrasto se є=0.5 mm.
11.
Paraquedista
Um homem que pesa 77 kg está descendo de um avião utilizando um paraquedas de 5, 5 m de diâmetro.
Assumindo um coeficiente de arrasto de 1,0 e negligenciando o peso do paraquedas, qual será a máxima
velocidade terminal que será alcançada?
12.
Avião – máxima carga permitida
Um avião que pesa 1000 kN vazio tem uma área de asa de 226 m2. O avião levantará voo a 300 km/h e um
ângulo de ataque de 20o. Assumindo ρar= 1,2 kg/m3 e que a asa tem as características da figura, calcular a
máxima carga permitida para o avião.
13.
Avião – ângulo de ataque
A que ângulo de ataque um avião de 128 kN de peso deve voar à velocidade de 225 km/h se a área da
plataforma é de 75 m2. Qual é a potência necessária para contra restar o arrasto da asa? Assumir uma
temperatura de 30 oC e “flaps” de o0.
Fluxos Compressíveis
14.
Fluxo de Metano
Metano a 22 oC flui através de uma tubulação a uma velocidade de 416,4 m/s. O fluxo é subsônico, sônico,
supersônico, o hipersônico?
15.
Expansão isentrópica de Ar em dutos fechados
O ar flui de maneira isentrópica desde um reservatório a 80 oC e 6 atmosferas de pressão. Calcular a
Professor Alejandro Martins - UFPel
temperatura, pressão, densidade e velocidade na seção aonde M=0,65.
16.
Temperatura de estagnação
Calcular a temperatura de estagnação frontal de um avião que voa a M=2, a 8000 m de altitude. A que
valor de M voaria para ter uma temperatura de estagnação frontal de 380 oC?
17.
Onda de Choque
Ar passa através de uma onda choque normal, sendo as condições “à esquerda” do choque v1=790 m/s,
p1= 110 kPa, T1= 306 oK. Quais são as condições “à direita” do choque, v2 e p2?
Transferência de Calor e Massa 1
18.
Condução – condicionador de ar
Um equipamento condicionador de ar deve manter uma sala, de 15 m de comprimento, 6 m de largura e 3
m de altura a 22 oC. As paredes da sala, de 25 cm de espessura, são feitas de tijolos com condutividade
térmica de 0,14 Kcal/h.m.oC e a área das janelas podem ser consideradas desprezíveis. A face externa das
paredes pode estar até a 40 oC em um dia de verão. Desprezando a troca de calor pelo piso e pelo teto,
que estão bem isolados, pede-se o calor a ser extraído da sala pelo condicionador ( em HP OBS : 1 HP =
641,2 Kcal/h)
19.
Condução, isolamento térmico
As superfícies internas de um grande edifício são mantidas a 20 oC, enquanto que a temperatura na
superfície externa é -20 oC. As paredes medem 25 cm de espessura , e foram construídas com tijolos de
condutividade térmica de 0,6 kcal/h m oC.
a) Calcular a perda de calor para cada metro quadrado de superfície por hora.
b) Sabendo-se que a área total do edifício é 1000 m2 e que o poder calorífico do carvão é de
5500 kcal/Kg, determinar a quantidade de carvão a ser utilizada em um sistema de aquecimento durante
um período de 10 h. Supor o rendimento do sistema de aquecimento igual a 50%.
20.
Condução e Convecção - Forno
Uma parede de um forno é constituída de duas camadas: 0,20 m de tijolo refratário (k = 1,2 kcal/h.m.oC) e
0,13 m de tijolo isolante (k = 0,15 kcal/h.m.oC). A temperatura da superfície interna do refratário é 1675
oC e a temperatura da superfície externa do isolante é
145 oC. Desprezando a resistência térmica das juntas de argamassa, calcule :
a) o calor perdido por unidade de tempo e por m2 de parede;
b) a temperatura da interface refratário/isolante.
21.
Condução e Convecção - isolamento
A parede de um edifício tem 30,5 cm de espessura e foi construída com um material de k = 1,31 W/m.K.
Em dia de inverno as seguintes temperaturas foram medidas : temperatura do ar interior = 21,1 oC;
temperatura do ar exterior = -9,4 oC; temperatura da face interna da parede = 13,3 oC; temperatura da
face externa da parede = -6,9 oC. Calcular os coeficientes de película interno e externo à parede.
22.
Radiação
Em uma indústria, vapor d'água saturado a 44 Kgf/cm2 e 255 oC escoa por um tubo de parede fina de
diâmetro externo igual a 20 cm. A tubulação atravessa um amplo recinto de 10m de comprimento e cujas
paredes estão à mesma temperatura de 25oC do ambiente (
har= 5 kcal/h.m2.oC ). Deseja-se pintar a superfície externa do tubo de maneira que ao sair do
recinto, o vapor no interior do tubo se encontre com apenas 5% de sua massa não condensada.
No almoxarifado da indústria dispõe-se de 3 tintas cujas emissividade são : tinta A - ea=1; tinta
B - eb=0,86 e tinta C - ec= 0,65. Sabendo que o calor latente de vaporização nestas condições é
1
Apostila Introdução à Transferência de Calor, dos professores Eduardo Emery Cunha Quites, e Luiz Renato Bastos Lia
404 Kcal/Kg, determinar:
a) a tinta com a qual devemos pintar o tubo, sabendo-se que a vazão de vapor é 55,2 kg/h b) a energia
radiante por unidade de comprimento após a pintura
c) a vazão de vapor se utilizarmos a tinta A
23.
Radiação: perda de calor nas tubulações
Uma tubulação de vapor d’água sem isolamento térmico atravessa uma sala cujas paredes encontram-se a
25oC. O diâmetro externo do tubo é de 0,07m, o comprimento de 3m, sua temperatura é de 200oC e sua
emissividade igual a 0,8. Considerando a troca por radiação entre o tubo e a sala semelhante a aquela
entre uma superfície pequena e um envoltório muito maior, determinar a taxa de calor perdida por
radiação pela superfície do tubo.
24.
Trocadores de Calor
Em um trocador de calor duplo tubo 0,15 Kg/s de água (cp=4,181 KJ/Kg.K ) é aquecida de 40 oC para 80 oC.
O fluido quente é óleo e o coeficiente global de transferência de calor para o trocador é 250 W/m2.K .
Determine a área de troca de calor, se o óleo entra a 105 oC e sai a 70 oC. Fluido Quente : Óleo
25.
Transferência de Massa – carta psicrométrica
Explique com suas palavras o conceito de carta psicométrica.
26.
Transferência de massa - silos
3. Um silo de grãos deve ser seco com ar a uma temperatura de bulbo seco de 43,3 oC e uma vazão de ar
de 1699,2 m3/h. Se as condições do ar ambiente são de temperatura de bulbo seco de 29,4 oC e 21,1 oC
de temperatura de bulbo úmido, determinar a quantidade de calor sensível por unidade de tempo
requerida para aquecer o ar se a umidade relativa média de saída do ar, após passar pelos grãos, é de 85
%. Calcular a quantidade de umidade removida dos grãos por unidade de tempo.
Professor Alejandro Martins - UFPel
Exercício 18
Exercício 19
Exercício 20
Professor Alejandro Martins - UFPel
Exercício 21
Exercício 22
Exercício 23
Professor Alejandro Martins - UFPel
Exercício 24
Exercício 25
Pesquise em bons livros e apresente para um colega ou amigo, em voz alta, gesticulando e com papel e
caneta.
Exercício 26
Professor Alejandro Martins - UFPel