Baixe Exercícios Resolvidos de Fenômenos Térmicos para a Universidade Federal do ABC e outras Exercícios em PDF para Física, somente na Docsity! Exercícios Resolvidos de Fenômenos Térmicos Exercícios de Fenômenos Térmicos com Resolução Pressão Manométrica em Tubulação Considere uma tubulação por onde circula ar, com um desnível de 4 mm observado no manômetro de coluna de mercúrio. Para calcular a pressão manométrica, utilizamos o Princípio de Stevin: pman = ρhg . g . h Onde: - ρhg = 13600 kg/m³ (densidade do mercúrio) - g = 9,81 m/s² (aceleração gravitacional) - h = 0,004 m (desnível observado) Aplicando os valores, temos: pman = 13600 x 9,81 x 0,004 = 533,6 Pa A pressão absoluta é a soma dessa pressão manométrica com a pressão atmosférica (101325 Pa). Vazão em Tubo Circular Dado um tubo de 32 mm de diâmetro, com água escoando a 4 m/s, podemos calcular a vazão: Área da seção transversal do tubo: A = π . d²/4 = π . (0,032)²/4 = 0,000803 m² Vazão = Velocidade x Área = 4 x 0,000803 = 0,0032 m³/s Convertendo para litros por segundo: 0,0032 m³/s x 1000 = 3,2 l/s Velocidade de Escoamento em Tubo Circular Dado um duto de 25 mm de diâmetro, com uma vazão de 2 l/s, podemos calcular a velocidade de escoamento: Vazão = V . A 2 l/s = V . 0,00049 m² V = 2 / 0,00049 = 4,08 m/s Velocidade de Escoamento por Orifício Considerando um orifício na lateral de um tanque, com um desnível de 2 m entre o orifício e a superfície livre, a velocidade de escoamento pode ser calculada pela equação de Bernoulli simplificada: v = √(2 . g . h) Onde: - g = 9,81 m/s² - h = 2 m Aplicando os valores, temos: v = √(2 . 9,81 . 2) = 6,26 m/s Perda de Carga em Tubo Liso Dado um tubo liso de PVC, com 32 mm de diâmetro e 100 m de comprimento, por onde escoa água a 2 m/s, podemos calcular a perda de carga: Primeiro, calculamos o Número de Reynolds: Re = ρ . v . D / μ Onde: - ρ = 1000 kg/m³ (densidade da água) - v = 2 m/s (velocidade de escoamento) - D = 0,032 m (diâmetro do tubo) - μ = 1,006 x 10⁻⁶ m²/s (viscosidade cinemática da água) Re = 1000 . 2 . 0,032 / 1,006 x 10⁻⁶ = 63.520 Com o Número de Reynolds e o Diagrama de Moody, obtemos o fator de atrito f = 0,02. A perda de carga pode ser calculada pela equação de Darcy-Weisbach: hf = f . (L/D) . (v²/2g) Onde: - f = 0,02 (fator de atrito) - L = 100 m (comprimento do tubo) - D = 0,032 m (diâmetro do tubo) - v = 2 m/s (velocidade de escoamento) - g = 9,81 m/s² (aceleração gravitacional) Aplicando os valores, temos: hf = 0,02 . (100/0,032) . (2²/2.9,81) = 1,25 m Potência da Bomba Considere uma instalação com as seguintes características: - Vazão: 10 m³/h - Sucção: Lsucção = 28,5 m - Recalque: Lrecalque = 57 m - Diâmetro do tubo: 50 mm Primeiramente, calculamos a velocidade de escoamento na sucção e no recalque: Vsucção = Vazão / Área1 = 2,43 m/s Vrecalque = Vazão / Área2 = 1,37 m/s Com as velocidades, calculamos os Números de Reynolds: Resucção = 6,2 x 10⁴ Rerecalque = 6,9 x 10⁴ Usando o Diagrama de Moody, obtemos os fatores de atrito: fsucção = 0,018 frecalque = 0,019 Então, calculamos as perdas de carga: hsucção = 40,85 m²/s² hrecalque = 47,21 m²/s² A perda total de energia é a soma dessas perdas: 88,06 m²/s² Finalmente, aplicando a equação de Bernoulli simplificada, obtemos a potência da bomba: Pbomba = ρ . g . Q . (hsucção + hrecalque) = 2,65 kW Essa potência deve ser utilizada para selecionar a bomba adequada no catálogo do fabricante.
