Dp_TMF (Termodinâmica e Mecânica dos Fluidos)
1ª Lista de Exercícios
TMF - Termodinâmica
1) Um avião cuja massa é de 5000 kg está voando com uma velocidade de 150 m/s
a uma altitude de 10.000 m, ambos medidos em relação à superfície da Terra. A
aceleração da gravidade pode ser tomada como constante com o valor de
g = 9,78m / s 2
a) Calcule as energias cinéticas e potencial do avião, ambos em kJ.
b) Se a energia cinética aumentou de 10.000 kJ sem nenhuma variação de
altura, qual deveria ser a velocidade final em m/s?
2) Um centésimo de kilograma de ar é comprimido em um dispositivo cilindroêmbolo. Encontre a taxa do aumento de temperatura no instante em que T= 400
K. A taxa do trabalho realizado sobre o ar é de 8,165 kW e o calor é removido à
taxa de 1,0 kW. Dado: c v = 0,7165 kJ / kg ⋅ K
3) Ar é comprimido em um conjunto cilindro-pistão a partir de um estado inicial,
em que p1 = 30lbf / in 2 e V1 = 25 ft 3 . A relação entre pressão e volume durante o
processo é pV 1, 4 = constante . Para o ar como sistema, o trabalho é -62Btu.
Determine o volume final, em ft3, e a pressão final, em lbf/in2.
4) Considere um sistema fechado com massa de 3 kg em um processo no qual há
transferência de calor de 25 kJ do sistema para a vizinhança. A altura do sistema
aumenta de 600 m durante o processo. A energia interna específica do sistema
diminui de 15 kJ/kg, e não há variação de energia cinética no sistema. A
aceleração da gravidade é constante e vale 9,81 m/s2. Determine o trabalho, em
kJ.
5) Um arranjo pistão-cilindro contém 2,5kg de ar, inicialmente a 150kPa e 30oC. O
ar, assumido ideal (PV = mRT), é comprimido reversivelmente e
isotermicamente. O trabalho realizado durante o processo de compressão é igual
a 150kJ. Determine,
a) O volume final do cilindro;
b) A pressão final do ar no cilindro.
6) Um cilindro provido de pistão contém 0,5kg de vapor d’água a 0,4MPa e
apresenta inicialmente um volume de 0,1m3. Transfere-se calor ao vapor até que
a temperatura atinja 300oC, enquanto a pressão permanece constante.
Determinar o calor transferido e o trabalho realizado nesse processo.
7) Considere como sistema o gás contido no conjunto-êmbolo mostrado na figura a
seguir. Observe que vários pesos estão colocados sobre o êmbolo. A pressão
inicial é igual a 200 kPa e o volume inicial do gás é 0,004 m3.
a) Coloca-se um bico de Bunsen embaixo do cilindro e deixe que o volume
do gás aumente para 0,1 m3, enquanto a pressão permanece constante.
Calcular o trabalho realizado pelo sistema durante o processo.
b) Considere o mesmo sistema e as mesmas condições iniciais, porém, ao
mesmo tempo que o bico de Bunsen está sob o cilindro e o êmbolo se
levanta, remova os pesos deste, de tal maneira que durante o processo a
temperatura do gás se mantém constante. Determine o trabalho realizado
no processo.
c) Considere o mesmo sistema, porém, durante a transferência de calor,
remova os pesos de tal maneira que a expressão pV 1,3 = constante .
Descreva a relação entre a pressão e o volume durante o processo.
Novamente, o volume final é 0,1m3. Calcule o trabalho no processo.
8) Um objeto cuja massa é de 50lb é projetado para cima a partir da superfície da
Terra com velocidade inicial de 200ft/s. A única força atuando sobre o objeto é a
força da gravidade. Faça um gráfico da velocidade do objeto versus a altura.
Determine a altura do objeto, em ft, quando sua velocidade atingir o valor zero.
A aceleração da gravidade é g = 31,5ft/s2.
TMF - Mecânica dos Fluidos
9) Petróleo bruto, com densidade relativa de 0,85 e viscosidade
µ = 2,15.10 −3 lbf ⋅ s / ft 2 , escoa permanentemente numa superfície inclinada de
θ = 30º abaixo da horizontal, numa película de espessura h = 0,01 ft. O perfil de
velocidade é dado por
ρg ⎛
y2 ⎞
⎜⎜ hy −
⎟ senθ
u=
µ ⎝
2 ⎟⎠
Determine a magnitude da tensão de cisalhamento que atua na superfície,
conforme a figura seguir.
10) Um pistão de peso G = 4N cai dentro de um cilindro com uma velocidade
constante de 2m/s. O diâmetro do cilindro é 10,1cm e do pistão é 10,0cm.
Considerando um perfil linear de velocidade, determine a viscosidade do
lubrificante colocado na folga entre o pistão e o cilindro.
11) Um fluido Newtoniano que apresenta propriedades semelhantes às da água,
escoa a 20 °C num duto de raio de 50 mm. Determinar o valor máximo da vazão
mássica para o qual o escoamento apresente a natureza laminar.
12) O peso G da figura, ao descer, gira o eixo que está apoiado em dois mancais
cilíndricos de dimensões conhecidas com velocidade angular conhecida ϖ.
Determinar o valor do peso G desprezando a rigidez e o atrito na corda e
supondo que o diagrama de velocidade no lubrificante seja linear.
Dados: μ = 8x10-2 Ns/m2 ; D = 0,02m ; DE = 0,102m ; DI = 0,100 ; L = 0,1m ;
ϖ = 10rpm.
13) Petróleo bruto, com densidade relativa SG = 0,85 e viscosidade absoluta µ =
2,15x10-3 lbf.s/ft2, escoa de forma permanente sobre uma superfície inclinada
de β = 30graus para baixo em relação à horizontal, numa película de espessura h
= 0,125in. O perfil de velocidade é dado por
Trace o perfil de velocidade. Determine a magnitude e o sentido da tensão de
cisalhamento que atua sobre a superfície.
14) Um fluido neuwtoniano que apresenta viscosidade dinâmica, 0,38 N s / m 2 e
densidade SG = 0,91, escoa num tubo com diâmetro de 25 mm. Sabendo-se que
velocidade média do escoamento é V = 2,6 m / s , determine o valor do número
de Reynolds.
15) Uma placa quadrada de 1m de lado a 20N de peso desliza sobre um plano
inclinado de 30°, sobre uma película de óleo. A velocidade da placa é 2m/s
constante. Qual a viscosidade (μ) do óleo se a espessura da película é 2mm.