FENÔMENOS DE TRANSPORTE
LISTA DE EXERCÍCIOS 01
Assunto: Conceitos fundamentais da mecânica dos fluidos - definição de fluido; equações
básicas; métodos de análise; Dimensões e sistemas de unidades; problemas de conversão de
unidades.
1. Explique o que é o contínuo e cite um exemplo onde esse meio não é válido.
2. Quando um sistema é fechado e quando é um volume de controle?
3. Enuncie a diferença entre um fluido e um sólido, conforme o material apresentado
neste curso.
4. Qual a diferença entre a abordagem lagrangiana e a euleriana na descrição do
movimento de um fluido?
5. Faça um esboço das seguintes situações, identificando o sistema ou o volume de
controle e o contorno do sistema ou a superfície de controle. (a) a combustão de
gases em um cilindro durante o processo de compressão. (b) a combustão de gases
em um cilindro durante o processo de exaustão. (c) um balão soltando o ar. (d) um
pneu de automóvel sendo aquecido durante um trajeto. (e) uma panela de pressão
em uso.
6. Um tanque de oxigênio comprimido para corte à chama deve conter 15 kg de
oxigênio à pressão de 10 MPa (a temperatura é de 35ºC). Qual deve ser o volume do
tanque? Qual o diâmetro de uma esfera com esse volume?
7. Um tanque cilíndrico, contendo nitrogênio comprimido para uso em processos
industriais, tem 6 in de diâmetro e 4,25 ft de comprimento. A pressão do gás é de
204 atmosferas (manométrica). Calcule a massa de nitrogênio contida no tanque.
8. Partículas muito pequenas movendo-se em fluidos experimentam uma força de
arrasto proporcional à velocidade. Considere uma partícula de peso líquido W solta
num fluido. A partícula é submetida a uma força de arrasto, FD = kV, onde V é a
velocidade da partícula. Determine o tempo requerido para a partícula acelerar do
repouso até 95% da sua velocidade terminal, Vt, em termos de k, W e g.
9. Para uma pequena partícula de alumínio (esférica, com diâmetro d = 0,025 mm)
caindo através do ar padrão a uma velocidade V, a força de arrasto é dada por FD =
3πµVd, onde µ é a viscosidade do ar. Determine a velocidade máxima para uma
partícula partindo do repouso e o tempo que ela leva para atingir 95% desta
velocidade. Trace um gráfico da velocidade em função do tempo.
10. Um praticante de vôo livre, com massa de 75 kg, salta de um avião. A força de
arrasto aerodinâmico atuante no esportista é dada por Fd = kV², onde k = 0,228
N.s²/m². Determine a velocidade máxima de queda livre do esportista e a velocidade
atingida após 100 m de queda. Trace um gráfico da velocidade do esportista como
uma função do tempo e como uma função da distância de queda.
11. Para cada quantidade relacionada, indique as dimensões usando o sistema MLtT de
dimensões e dê unidades típicas SI e inglesas:
A) Potência
E) Pressão
B) Energia
F) Velocidade angular
C) Módulo de elasticidade
G) Quantidade de movimento
D) Tensão de cisalhamento
H) Calor específico
12. Deduza os seguintes fatores de conversão:
A) Converta uma pressão de 1 psi para kPa.
B) Converta um volume de 1 litro para galões
C) Converta uma viscosidade de 1 lbf.s/ft² para N.s/m²
D) Converta uma viscosidade de 1 m²/s para ft²/s
E) Converta uma potência de 100 W para horsepower.
F) Converta uma energia específica de 1 kJ/kg para Btu/lbm.
G) Converta uma vazão volumétrica em in³/min para mm³/s
H) Converta uma vazão volumétrica em m³/minuto para gpm(galões por minuto).
I) Converta uma vazão volumétrica em litros/minuto para gpm.
13. A massa específica do mercúrio é dada como 26,3 slug/ft³. Calcule a densidade
específica e o volume específico do mercúrio em m³/kg. Calcule o seu peso
específico em lbf/ft³ na Terra e na Lua. A aceleração da gravidade na Lua é 5,47
ft/s².
14. Às vezes, equações de engenharia nas quais as unidades estão presentes de uma
maneira inconsistente são utilizadas. Por exemplo, um parâmetro que
frequentemente é usado na descrição da performance de bombas é a velocidade
específica, NSco, dada por:
1/ 2
N sco =
N (rpm)[Q( gpm)]
[H ( ft )]3 / 4
Quais são as unidades dessa velocidade específica? Uma determinada bomba possui
velocidade específica de 2000. Qual será a velocidade específica em SI (velocidade
em rad/s)?
15. Uma determinada bomba tem sua equação característica de performance,
relacionando a altura manométrica H com a vazão Q, dada na forma de uma
equação de “engenharia” por H(ft) = 1,5 – 4,5 x 10-5 [Q(gpm)]2. Quais são as
unidades dos coeficientes 1,5 e 4,5x10-5? Deduza uma versão SI desta equação.
16. Um recipiente pesa 3,5 lbf quando vazio. Quando cheio com água a 90ºF, a massa
do recipiente e do seu conteúdo é de 2,5 slug. Determine o peso da água no
recipiente e o seu volume em pés cúbicos, usando dados do apêndice A (Fox e
Macdonald).