Transferência de calor e massa

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No inverno as superfícies internas e externas de uma parede de 30 cm de espessura se encontram a 22°C e 15 °C respectivamente. A superfície exterior troca calor por radiação com as superfícies que a rodeiam a 10 °C e por convecção com o ar do ambiente, também a 10 °C com um coeficiente de transferência de 8 W/m²K. A radiação solar incide sobre a superfície a uma taxa de 30 W/m², onde tanto a emissividade e absortividade da superfície exterior são de 0,7. Qual será o valor da condutividade térmica da parede?
	
	
	
	0,55 W/mK
	
	
	0,85 W/mK
	
	
	1,2 W/mK 
	
	
	1,5 W/mK 
	
	
	1,7 W/mK
	Data Resp.: 11/03/2023 15:56:50
		Explicação:
O balanço de energia na superfície externa, assumindo um regime estacionário é o seguinte:
O termo da taxa de transferência de calor combinado (convecção e radiação) pode ser estimado assim:
Primeiro calculamos o coeficiente de transferência de calor combinado:
Posteriormente, calculamos a taxa de transferência de calor combinada por unidade de área:
Conhecendo a taxa de transferência de calor da radiação solar mais a combinada, podemos por tanto saber a taxa de transferência de calor por condução:
Mediante a equação de transferência de calor por condutividade é possível finalmente calcular a condutividade térmica do material:
 
	
	
	 
		
	
		2.
		Um duto retangular de ar forçado para aquecimento é suspenso a partir do teto de um porão cujas paredes e ar estão na temperatura de . O duto tem um comprimento de 15 m e sua seção reta é de 400 mm x 250 mm. A emissividade e o coeficiente convectivo na superfície são de aproximadamente 0,65 a 4 W/m²K.
Para um duto não isolado cuja temperatura superficial média é de 45°C qual é a taxa de perda de calor do duto? 
	
	
	
	588 W
	
	
	2255 W
	
	
	125 W
	
	
	958 W
	
	
	3242 W
	Data Resp.: 11/03/2023 15:57:01
		Explicação:
Para um sistema onde a radiação e a convecção estão atuando a uma mesma temperatura ambiente, podemos realizar o cálculo para um coeficiente de transferência combinado:
Primeiro calculamos o coeficiente de transferência de calor combinado:
Posteriormente, calculamos a área de transferência. Esse duto tem 4 lados (retângulos) onde são duas vezes para área superior e inferior, além de duas laterais:
Finalmente, a taxa de transferência de calor combinada:
	
	
	4830TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONDUÇÃO
	 
		
	
		3.
		Uma parede com 0,2 m de espessura e difusividade térmica de 1,4 x 10-6 m²/s, encontra-se inicialmente a uma temperatura uniforme igual a 95°C. Subitamente, uma das suas faces tem a sua temperatura reduzida a 25°C enquanto a outra é perfeitamente isolada. Utilizando um incremento espacia de 25 mm. Qual deve ser o intervalo de tempo adequado para utilizar o método explícito?
	
	
	
	∆t ≤ 60 s
	
	
	∆t ≤ 152 s
	
	
	∆t ≤ 110 s
	
	
	∆t ≤ 223 s
	
	
	∆t ≤ 322 s
	Data Resp.: 11/03/2023 15:57:06
		Explicação:
	
	
	 
		
	
		4.
		Consideremos a transferência de calor bidimensional numa barra solida de molibdênio em formato de L que está inicialmente a uma temperatura uniforme de 200°C e cuja seção transversal está na figura abaixo. As propriedades da barra são k=138 W/m°C; α =53,7 x 10-6m²/s. O lado direito da barra está isolado e a superfície inferior se mantem a uma temperatura uniforme de 200°C em todo momento. No instante t=0 a superfície superior completa e a lateral esquerda se sujeita a uma convecção com fluido refrigerante a uma temperatura de 10 °C e um coeficiente de transferência de calor de 100 W/m².°C. A rede de pontos é igualmente espaçados com ∆x=∆y=2 cm.
Os pontos 1 e 2 são os mais expostos à convecção e por tanto em algum deles deve ser analisado o critério de uso do método explicito. Qual é o intervalo de tempo adequado para utilizar o método explícito? Faça a análise a partir do ponto 2.
	
	
	
	≤ 1,2 s
	
	
	≤ 1s
	
	
	≤ 0,5 s
	
	
	≤ 1,8 s
	
	
	≤ 0,8 s
	Data Resp.: 11/03/2023 15:57:10
		Explicação:
	
	
	4347TROCADORES DE CALOR
	 
		
	
		5.
		Um fluido de hidrocarbonetos ( Cp = 2200 J/kg.K ) se resfria a uma taxa de 0,2 kg/s desde 50°C até 40°C ao passar pelo tubo interior de um trocador de casco e tubo em fluxos paralelos. Água entra ( Cp = 480 J/kg.K ) ao trocador a 0°C com uma vazão mássica de 0,15 kg/s. O diâmetro externo é de 0,025m e seu comprimento de 6m. Qual é o valor do coeficiente global de transferência de calor do trocador?
	
	
	
	1203 W/m².K
	
	
	752 W/m².K
	
	
	2313 W/m².K
	
	
	1983 W/m².K
	
	
	2010 W/m².K
	Data Resp.: 11/03/2023 15:57:15
		Explicação:
	
	
	 
		
	
		6.
		Um fluido de hidrocarbonetos ( Cp = 2200 J/kg.K) se resfria a uma taxa de 0,2 kg/s desde 50°C até 40°C ao passar pelo tubo interior de um trocador de casco e tubo em fluxos paralelos. Água entra ( Cp = 480 J/kg.K ) ao trocador a 0°C com uma vazão mássica de 0,15 kg/s. O diâmetro externo é de 0,025m e seu comprimento de 6m. Qual é a temperatura da água na saída?
	
	
	
	62,3 °C
	
	
	142,2 °C
	
	
	87,2 °C
	
	
	75,3 °C
	
	
	55,3 °C
	Data Resp.: 11/03/2023 15:57:23
		Explicação:
	
	
	4562TRANSFERÊNCIA DE MASSAAPLICAÇÕES
	 
		
	
		7.
		Uma peça de aço 1045 quente com uma concentração uniforme inicial de carbono de 0,45% em base mássica é exposta a uma atmosfera carburante durante 2 horas. Durante todo o processo, a concentração de carbono na superfície foi de 0,9%. A difusividade mássica do carbono no aço durante esse processo é uniforme e de  1x 10-11 m²/s.
Qual é percentagem de concentração mássica a 0,1 mm?
	
	
	
	0,65%
	
	
	0,87%
	
	
	0,51%
	
	
	0,70%
	
	
	0,20%
	Data Resp.: 11/03/2023 15:57:27
		Explicação:
	
	
	 
		
	
		8.
		
	
	
	
	4,76 x 10-11 kmol/s
	
	
	3,76 x 10-11 kmol/s
	
	
	1,76 x 10-11 kmol/s
	
	
	5,76 x 10-11 kmol/s
	
	
	2,76 x 10-11 kmol/s
	Data Resp.: 11/03/2023 15:57:32
		Explicação:
	
	
	4346TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR RADIAÇÃO
	 
		
	
		9.
		Sabendo que F23=0,10  e F2→(1+3)=0,40 . Qual é o fator de forma F12 entre as superfícies retangulares da figura abaixo? Dica: Utilize a regra de superposição e posteriormente a regra de reciprocidade para encontrar a resposta.
	
	
	
	0,2
	
	
	0,5
	
	
	0,3
	
	
	0,1
	
	
	0
	Data Resp.: 11/03/2023 15:57:38
		Explicação:
Utilizando a regra de superposição:
	
	
	 
		
	
		10.
		Duas placas paralelas grandes se mantem a temperaturas uniformes de T1= 500K e T2=400K. Determine a taxa neta de transferência de calor por radiação entre as duas superfícies sabendo que a dimensão das placas são L1=1m e L2= 1 m e o F12=0,85.
	
	
	
	707 W  x
	
	
	2589 W  
	
	
	1540 W  
	
	
	1778 W  
	
	
	923 W  
	Data Resp.: 11/03/2023 15:57:42
		Explicação:
A taxa neta de transferência de calor por radiação entre as duas superfícies é:
	Dois retângulos paralelos alinhados estão separados por uma distância de 3 m inicialmente, por tanto, a porcentagem de mudança na taxa de transferência de calor da radiação quando os retângulos são movidos para 5 m é calculada mediante uma relação das taxas de transferência entre essas duas situações. Se os fatores de forma de 1 para 2 na distância de 3 e 5 m são 0,41 e 0,22 respectivamente. Qual é a porcentagem de mudança na taxa de transferencia de calor por radiação?
		
	
	0,34
	 
	0,92
	
	0,55
	 
	0,46
	
	0,71
	Respondido em 11/03/2023 15:37:46
	
	Explicação:
A taxa de transferência de calor por radiação entre as duas superfícies é:
	
		2a
          Questão
	Acerto: 0,0  / 1,0
	
	A função de emissividade espectral de uma superfície opaca a certa temperatura pode ser expressa aproximadamente como:
Qual é a emissividade média da superfície, se os valores das frações de emissão são 0,403607 para comprimentos de onda de 2 μm  e 0,63373 para comprimentos de onda de 8 μm  ?
		
	
	0,55
	 
	0,30
	
	0,42
	 
	0,25
	
	0,13
	Respondido em 11/03/2023 15:37:48Explicação:
As frações de emissão são:
	
		3a
          Questão
	Acerto: 0,0  / 1,0
	
	Um tubo num trocador de calor tem um diâmetro interno de 0,20 m e 0,25 m de externo. A condutividade térmica do material do tubo é de 20 W/m.K enquanto que o coeficiente de transferência de calor na superfície interna é 800 W/m².K e da superfície externa de 500 W/m².K.. Qual é a relação entre o coeficiente de transferência de calor do trocador baseado na superfície interna e externa?
		
	
	0,5
	 
	1
	
	2
	 
	1,25
	
	0,6
	Respondido em 11/03/2023 15:37:50
	
	Explicação:
	
		4a
          Questão
	Acerto: 1,0  / 1,0
	
	Se utiliza um trocador de calor de tubo duplo, parede fina com diâmetros interno e externo de 0,20 m e 0,25 m respectivamente. Utilizado para condensar refrigerante 34a com água a 15°C. Os coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície interna e externa são 5000 W/m².K e 2500 W/m².K respectivamente. Qual é o valor do coeficiente de transferência de calor total deste trocador?
		
	
	1000 W/m².K
	
	1983 W/m².K
	
	1995 W/m².K
	 
	1667 W/m².K
	
	563 W/m².K
	Respondido em 11/03/2023 15:37:51
	
	Explicação:
	
		5a
          Questão
	Acerto: 0,0  / 1,0
	
	
		
	 
	0,0094 kmol/m3
	 
	0,0052 kmol/m3
	
	0,0075 kmol/m3
	
	0,0452 kmol/m3
	
	0,0069 kmol/m3
	Respondido em 11/03/2023 15:37:54
	
	Explicação:
	
		6a
          Questão
	Acerto: 0,0  / 1,0
	
	
		
	
	0,6 kg/m3
	 
	0,3 kg/m3
	 
	0,2 kg/m3
	
	0,015 kg/m3
	
	0,5 kg/m3
	Respondido em 11/03/2023 15:37:57
	
	Explicação:
	
		7a
          Questão
	Acerto: 0,0  / 1,0
	
	Um duto retangular interplanetário de 0,5 m x 0,2 m e comprimento de 1m, contém eletrônicos que dissipam 250W. Se a superfície do duto possui uma emissividade de 0,7 e não recebe radiação de outras fontes como, por exemplo, o sol, qual é a sua temperatura superficial?
		
	 
	-5 °C
	
	1 °C
	
	-25 °C
	 
	-13°C
	
	0
	Respondido em 11/03/2023 15:38:04
	
	Explicação:
Primeiro calculamos a área e posteriormente a partir de Lei de Stefan Boltzmann, isolar o termo da temperatura superficial:
	
		8a
          Questão
	Acerto: 1,0  / 1,0
	
	Considere uma pessoa cuja área de superfície exposta é de 1,8 m², sua emissividade é 0,75 e sua temperatura superficial é de 34°C.  Qual é a perda de calor de radiação dessa pessoa em uma grande sala que tem paredes a uma temperatura de 288 K?
		
	
	-57 W
	 
	153 W
	
	57 W
	
	-153 W
	
	85 W
	Respondido em 11/03/2023 15:38:07
	
	Explicação:
aplicando a Lei de Stefan Boltzmann para ambientes fechados:
	
		9a
          Questão
	Acerto: 1,0  / 1,0
	
	Uma aleta plana retangular fabricada com cobre (k= 401 W/m.K) tem uma espessura na base de t= 5 mm e um comprimento de 20 mm. Sua temperatura na base é de Tb=450°C e ela está exposta a um fluido para o qual T∞= 5°C e h= 80W/m²K. Para as condições anteriores e uma aleta de largura unitária qual é a sua eficiência?
		
	
	0,85
	
	0,95
	
	0,88
	
	0,90
	 
	0,99
	Respondido em 11/03/2023 15:38:09
	
	Explicação:
	
		10a
          Questão
	Acerto: 0,0  / 1,0
	
	Uma parede com 0,2 m de espessura e difusividade térmica de 1,4 x 10-6 m²/s, encontra-se inicialmente a uma temperatura uniforme igual a 95°C. Subitamente, uma das suas faces tem a sua temperatura reduzida a 25°C enquanto a outra é perfeitamente isolada. Utilizando um incremento espacia de 25 mm. Qual é o número de pontos a serem analisados?
		
	 
	9
	 
	8
	
	6
	
	5
	
	7
	Respondido em 11/03/2023 15:38:10
	
	Explicação: