LISTA DE EXERCÍCIOS 1 Pressão, lei de Pascal, manometria

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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA</p><p>CENTRO TECNOLÓGICO</p><p>DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA</p><p>EMC5425 – FENÔMENOS DE TRANSPORTE</p><p>Prof. Joel Boeng (joel.boeng@ufsc.br)</p><p>LISTA DE EXERCÍCIOS #1 – Pressão, lei de Pascal, manometria</p><p>1. O pistão de um conjunto pistão-cilindro contendo um gás</p><p>possui uma massa de 40kg e uma seção transversal de</p><p>0,012m². A pressão atmosférica local é de 95kPa, e a</p><p>aceleração gravitacional é de 9,81m/s². (a) Determine a</p><p>pressão dentro do cilindro. (b) Se calor for transferido para o</p><p>gás no interior do cilindro de modo que seu volume dobre,</p><p>você espera que haverá mudança na pressão dentro do</p><p>cilindro? R. (a) 128kPa</p><p>2. A água de um tanque é pressurizada a ar, e a pressão é medida</p><p>por um manômetro de vários fluidos. Determine a pressão</p><p>manométrica do ar no tanque se h1 = 0,4 m, h2 = 0,6 m e h3 =</p><p>0,8m. Tome as densidades da água, do óleo e do mercúrio</p><p>como 1.000 kg/m³ 850 kg/m³ e 13.600 kg/m³</p><p>respectivamente. R. 97,8kPa</p><p>3. Determine a pressão atmosférica em um local onde a leitura</p><p>barométrica é de 735 mmHg. Tome a densidade do mercúrio</p><p>como 13.600 kg/m³. R. 98,1kPa</p><p>4. A leitura da pressão manométrica de um líquido a uma</p><p>profundidade de 3 m é 28 kPa. Determine a pressão</p><p>manométrica do mesmo líquido a uma profundidade de 12 m.</p><p>R. 112kPa</p><p>5. Considere uma mulher que pese 70 kg e que tenha uma área</p><p>total de pegadas de 400 cm². Ela deseja caminhar sobre a</p><p>neve, mas a neve não suporta pressões acima de 0,5 kPa.</p><p>Determine o tamanho mínimo dos sapatos para neve</p><p>necessários (área da pegada por sapato) para que ela possa</p><p>caminhar sobre a neve sem afundar. R. 1,37m²</p><p>6. A leitura do barômetro de um alpinista indica 930 mbars no</p><p>início de uma expedição de alpinismo e 780 mbars no final.</p><p>Desprezando o efeito da altitude sobre a aceleração da</p><p>gravidade, determine a distância vertical atingida. Considere</p><p>a densidade média do ar de 1,20 kg/m³. R. 1274m</p><p>Lista de exercícios #1 – EMC5425 Fenômenos de Transporte – Prof. Joel Boeng</p><p>2</p><p>7. A água de um reservatório é elevada em um tubo vertical de</p><p>diâmetro interno de D = 30 cm sob a influência da força F do</p><p>pistão. Determine a força necessária para elevar o nível da</p><p>água até a altura de 1,5 m acima da superfície livre da água.</p><p>Assuma que a pressão atmosférica é de 95kPa. R. 1,04kN.</p><p>8. O barômetro básico pode ser usado para medir a altura de um</p><p>prédio. Se as leituras barométricas nas partes superior e</p><p>inferior de um prédio são de 730 mmHg e 755 mmHg,</p><p>respectivamente, determine a altura do prédio. Considere a</p><p>densidade média do ar de 1,18 kg/m³. R. 288,6m</p><p>9. Um gás está contido em um dispositivo vertical pistão-</p><p>cilindro e sem atrito. O pistão tem massa de 4 kg e uma seção</p><p>transversal de 35 cm². Uma mola comprimida acima do</p><p>pistão exerce uma força de 60 N sobre ele. Se a pressão</p><p>atmosférica for de 95 kPa, determine a pressão dentro do</p><p>cilindro. R. 123,4kPa</p><p>10. Um medidor manométrico e um manômetro são anexados a</p><p>um tanque de gás para medir sua pressão. Se a leitura do</p><p>medidor manométrico de pressão for 65 kPa, determine a</p><p>distância entre os dois níveis de fluido do manômetro se o</p><p>fluido for (a) mercúrio (ρ - 13.600 kg/m³) ou (b) água (ρ =</p><p>1.000 kg/m³). R. (a) 0,49m, (b) 6,63m</p><p>11. Um manômetro a mercúrio (ρ - 13.600 kg/m³) está</p><p>conectado a um duto de ar para medir a pressão interna. A</p><p>diferença nos níveis do manômetro é de 10 mm e a pressão</p><p>atmosférica é de 100 kPa. (a) Julgando pela figura ao lado,</p><p>determine se a pressão no duto está acima ou abaixo da</p><p>pressão atmosférica. (b) Determine a pressão absoluta no</p><p>duto. R. (b) 101,3kPa</p><p>12. A pressão sanguínea em geral é medida colocando-se um</p><p>invólucro cheio de ar e fechado equipado com ura medidor</p><p>manométrico de pressão ao redor da parte superior do braço</p><p>de uma pessoa no nível do coração. Usando um manômetro</p><p>de mercúrio e um estetoscópio, a pressão sistólica (a pressão</p><p>máxima quando o coração está bombeando sangue) e a</p><p>pressão diastólica (a pressão mínima quando o coração está</p><p>em repouso) são medidas em mmHg. As pressões sistólica e</p><p>diastólica de uma pessoa saudável são de cerca de 120 mmHg</p><p>e 80 mmHg, respectivamente, e indicadas como 120/80.</p><p>Lista de exercícios #1 – EMC5425 Fenômenos de Transporte – Prof. Joel Boeng</p><p>3</p><p>Expresse essas duas pressões manométricas em (a) kPa e (b)</p><p>metros de coluna de água. R. (a) 16.0 kPa e 10,7kPa, (b)</p><p>1,63m e 1,09m</p><p>13. A pressão sanguínea máxima na parle superior do braço de</p><p>uma pessoa saudável é de cerca de 120 mmHg. Se um tubo</p><p>vertical aberto para a atmosfera estiver conectado à veia do</p><p>braço da pessoa, determine até onde o sangue subirá no tubo.</p><p>Considere a densidade do sangue como 1.040 kg/m³. R.</p><p>1,57m</p><p>14. Considere um homem de 1,80 m de altura em pé na água e</p><p>completamente submerso em uma piscina. Determine a</p><p>diferença entre as pressões que agem sobre a cabeça e os</p><p>dedos desse homem em kPa. R. 17,7kPa</p><p>15. Considere um tubo em U cujos braços estão abertos para a</p><p>atmosfera. Água é despejada no tubo em U de um braço, e óleo</p><p>leve (ρ = 790 kg/m³) do outro. Um braço contém 70 cm de</p><p>altura de água, enquanto o outro braço contém ambos os</p><p>fluidos com a razão da altura do óleo para água de 6.</p><p>Determine a altura de cada fluido naquele braço. R. 0,122m e</p><p>0,732m</p><p>16. Água doce e água do mar escoam em tubulações horizontais</p><p>paralelas que estão conectadas entre si por um manômetro</p><p>de tubo em U, como mostra a figura. Determine a diferença de</p><p>pressão entre as duas tubulações. Tome a densidade da água</p><p>do mar no local como p = 1.035 kg/m³. A coluna de ar pode</p><p>ser ignorada na análise? R. 5,39kPa</p><p>17. A carga de 500 kg do macaco hidráulico mostrado na figura</p><p>deve ser elevada despejando-se óleo (ρ = 780 kg/m³) dentro</p><p>de um tubo fino. Determine quão alto h deve ser para</p><p>começar a levantar o peso. R. 56,7 cm</p><p>18. Duas câmaras com o mesmo fluido na base estão separadas</p><p>por um pistão com peso de 25 N, como mostra a figura.</p><p>Calcule as pressões manométricas das câmaras A e B. R.</p><p>2,81kPa e –2,10kPa</p><p>Lista de exercícios #1 – EMC5425 Fenômenos de Transporte – Prof. Joel Boeng</p><p>4</p><p>19. Os dois tanques de água estão conectados entre si através de</p><p>um manômetro de mercúrio com tubos inclinados. Se a</p><p>diferença de pressão entre os dois tanques for de 20 kPa,</p><p>calcule a e θ. SG é a densidade específica do fluido, que é</p><p>definida como a razão entre a densidade do fluido e de um</p><p>fluido de referência, nesse caso, 𝑆𝐺 = 𝜌ℎ𝑔/𝜌𝑤𝑎𝑡. R. 7,50 cm e</p><p>34°</p><p>20. A diferença de pressão entre um tubo de óleo e um tubo de</p><p>água é medida por um manômetro de fluido duplo, como</p><p>mostra a figura. Para as alturas de fluido e gravidades</p><p>específicas dadas, calcule a diferença de pressão ∆𝑃 = 𝑃𝐵 −</p><p>𝑃𝐴. R. 27,6kPa</p>