Fenomenos de Transporte - Atividade A4

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Uma garrafa térmica de café pode ser estudada por analogia como um recipiente completamente fechado, cheio de café quente, colocado em um volume de controle cujo ar e parede estão a uma temperatura fixa, conforme se ilustra na figura a seguir. As várias formas de transferência de calor foram denominadas pela letra qn seguida de um subíndice n= 1 até 8.
 
 
Fonte: Moran et al. (2005, p. 396). 
 
Com base no exposto, sobre transferência de calor, analise as afirmativas a seguir.
 
I. Q2
representa o processo de condução por meio do frasco de plástico.
II. Q8
está representando a troca de calor por radiação entre a superfície externa da cobertura e a vizinhança.
III. Q1
está representando a convecção do café para o frasco de plástico.
IV. Q6
está representando a convecção livre.
Leia o excerto a seguir.
 
“A partir do estudo da termodinâmica, aprendemos que a energia pode ser transferida por interações de um sistema com a sua vizinhança. Essas interações são denominadas trabalho e calor. A transferência de calor pode ser definida como a energia térmica em trânsito em razão de uma diferença de temperaturas no espaço”.
 
BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019. p. 2.
 
A respeito da transferência de calor, analise as afirmativas a seguir e assinale V
para a(s) Verdadeira(s) e F para a(s) Falsa(s).
 
I. (   ) A condução requer um gradiente de temperatura em um fluido estacionário.
II. (  ) A convecção é a transferência de calor que ocorre entre uma superfície e um fluido em movimento quando eles estiverem a diferentes temperaturas.
III. (   ) A radiação ocorre quando um corpo emite energia na forma de ondas.
IV. (  ) Finalmente, tem-se a transferência de calor por sublimação, que é quando um fluido passa do estado sólido para o estado gasoso, por exemplo.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
A figura a seguir ilustra que existe uma enorme distância entre a equação de Euler (que admite o deslizamento nas paredes) e a equação de Navier-Stokes (que mantém a condição de não escorregamento). Na parte “(a)” da figura, mostra-se essa distância e, na parte “(b)”, a camada limite é mostrada como a ponte que veio preencher a referida distância.
 
Fonte: Çengel e Cimbala (2007, p. 445).
 
A respeito da teoria da camada limite e dessa ilustração, analise as afirmativas a seguir e assinale V para a(s) Verdadeira(s) e F para a(s) Falsa(s).
 
I. ( ) A teoria da camada limite preenche o espaço entre a equação de Euler e a equação de Navier-Stokes.
II. ( ) As regiões denominadas escoamento sem viscosidade possuem número de Reynolds muito alto.
III. ( ) Essa ilustração compara a equação de Euler e a equação de Navier-Stokes a duas montanhas.
IV. ( ) A teoria da camada limite é comparada a uma ponte que diminui o espaço entre as duas equações citadas.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. 
Leia o excerto a seguir.
 
“A transferência de calor por convecção pode ser classificada de acordo com a natureza do escoamento do fluido em convecção forçada: quando o escoamento é causado por meios externos e convecção natural e quando o escoamento é originado a partir de diferenças de massas específicas causadas por variações de temperatura no fluido”.
BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019. p. 5.
 
Considerando o exposto, sobre transferência de calor por convecção, analise as afirmativas a seguir.
 
I. O escoamento de ar feito por um ventilador é um exemplo de convecção forçada.
II. A água aquecendo no fogo é um exemplo de convecção natural.
III. Os ventos que fazem um gerador eólico produzir energia são exemplos de convecção natural.
IV. A neve caindo em um dia de muito frio é um exemplo de convecção natural.
 
Está correto o que se afirma em:
Leia o excerto a seguir.
 
“O poder do uso da análise dimensional e da similaridade para suplementar a análise experimental pode ser ilustrado pelo fato de que os valores reais dos parâmetros dimensionais, como densidade ou velocidade, são irrelevantes. Desde que os ’s independentes sejam iguais entre si, a similaridade é atingida, mesmo que sejam usados fluidos diferentes”.
 
ÇENGEL, Y.; CIMBALA, J. M. Mecânica dos Fluidos: Fundamentos e Aplicações. São Paulo: Mc Graw Hill Editora, 2007. p. 242.
 
A partir do exposto, sobre a teoria da similaridade, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
 
I. Pode-se testar um modelo de avião ou automóvel em um túnel de água.
Pois:
II. Se os ’s independentes obtidos no teste foram iguais entre si, o fluido não importa.
 
A seguir, assinale a alternativa correta.
No Brasil, a construção das barragens teve ajuda dos modelos feitos em escalas menores para simular o que poderia acontecer durante os momentos críticos da construção de uma barragem, como a primeira abertura das comportas do vertedouro, o momento do enchimento do lago e se a barragem de concreto conseguiria reter o volume de água desejado. Nas figuras evidenciadas a seguir, observam-se um modelo e a sua construção real. Esses modelos sempre foram construídos com rigor técnico e são arduamente estudados em laboratório.
 
 
Considerando o exposto, sobre teoria da semelhança, analise as afirmativas a seguir.
 
I. Essa teoria surgiu devido à dificuldade de equacionamento de alguns escoamentos, por estes exigirem, muitas vezes, a solução de volumes irregulares a partir de integrais.
II. Manter as escalas geométricas e as viscosidades facilita a análise dos escoamentos utilizando a teoria da semelhança.
III. Os modelos distorcidos podem ser utilizados no estudo desses tipos de escoamento.
IV. Esses modelos não podem ser utilizados no estudo das forças exercidas sobre prédios.
 
Está correto o que se afirma em:
Leia o excerto a seguir.
 
“Apesar da ideia geral que está por trás dos critérios de semelhança ser clara (nós simplesmente igualamos os termos ), não é sempre possível satisfazer todos os critérios conhecidos. Se um ou mais critérios de semelhança não forem satisfeitos, por exemplo, se , a equação não será verdadeira. Modelos em que uma ou mais condições de similaridade não são satisfeitas se denominam modelos distorcidos”.
 
MUNSON, B. R.; YOUNG, D. F.; OKIISHI, T. H. Fundamentos da Mecânica dos Fluidos. São Paulo: Edgard Blucher, 2004. p. 371-372.
 
 
A partir do exposto, sobre modelos distorcidos, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
 
I. Os modelos distorcidos são bastante utilizados. 
Pois:
II. É muito difícil atender a todos os critérios de semelhança, ainda mais para escoamentos de rios e vertedouros.
 
A seguir, assinale a alternativa correta.
Leia o excerto a seguir.
 
“A Lei de Fourier é oriunda da observação fenomenológica, ou seja, ela foi desenvolvida a partir de fenômenos observados: a generalização de evidências experimentais exaustivas, ao invés da dedução a partir de princípios gerais. Essa lei define a propriedade do material que se denomina condutividade térmica”.
MORAN, M. J. et al. Introdução à Engenharia de Sistemas Térmicos: Termodinâmica, Mecânica dos fluidos e Transferência de calor. Rio de Janeiro: LTC, 2005. p. 402. 
Alguns valores tabelados dessa propriedade estão mostrados na seguinte figura:
Fonte: Moran et al. (2005, p. 402).
A respeito da condutividade térmica, analise as afirmativas a seguir e assinale V
para a(s) Verdadeira(s) e F para a(s) Falsa(s).
 
I. ( ) As maiores condutividades térmicas são apresentadas pelos metais puros.
II. ( ) O hidrogênio possui uma maior condutividade térmica do que o dióxido de carbono.
III. ( ) O mercúrio possui uma menor condutividade térmica do que a água.
IV. ( ) Os sólidos não metálicos apresentam menor condutividade térmica do que os gases.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
É preciso estudar o escoamento de água em uma válvula que alimenta uma tubulação. A válvula possui diâmetro de 305 mm. A vazão na válvula é de 1,7 m3/s e o fluido utilizado no modelotambém é água na mesma temperatura da que escoa no protótipo. A semelhança entre o modelo e o protótipo é completa e o diâmetro da seção de alimentação no modelo é igual a 38,10 mm. Nesse sentido, a vazão de água no modelo é um número entre:
Leia o excerto a seguir.
 
“Em face da revolução da tecnologia da informação nas últimas décadas, um forte aumento da produtividade industrial trouxe uma melhoria na qualidade de vida ao redor do mundo. Muitas descobertas importantes na tecnologia da informação vêm sendo viabilizadas por avanços na engenharia térmica que garantiam o controle preciso de temperatura em sistemas abrangendo desde tamanhos de nanoescala, em circuitos integrados, até grandes centrais de dados repletas de equipamentos que dissipam calor”.
BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019. p. 24.
 
Considerando o exposto, sobre energia térmica, analise as afirmativas a seguir.
 
I. Melhorias em circuitos impressos permitem que eles se tornem menores, mesmo dissipando mais energia térmica.
II. Nós já atingimos o máximo da capacidade de processamento de um microchip por causa da capacidade térmica de dissipação de calor.
III. Grandes equipamentos computacionais precisam de salas refrigeradas para garantir uma boa dissipação térmica.
IV. A incorreta dissipação térmica de um componente pode levar à sua queima quando em funcionamento.
 
Está correto o que se afirma em: