atividade 3 passo a passo

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Atividade 3 
Questão 1 
Acerca dos mecanismos de troca térmica, considere as afirmativas a seguir. 
I - O número de Nusselt representa uma relação entre a transferência de calor por convecção e a 
transferência de calor por radiação. 
II - Na convecção térmica, o fluxo de calor trocado por convecção é diretamente proporcional à 
diferença de temperaturas elevadas à segunda potência. 
III - A convecção térmica é o mecanismo de transferência de calor que predomina nos processos em 
que fluidos estão em escoamento. 
IV - Quanto maior o coeficiente de transferência de calor convectivo, menor será a taxa de troca 
térmica entre dois fluidos. 
V - A natureza do escoamento (turbulento ou laminar) influi na taxa de transferência convectiva de 
calor. 
São corretas APENAS as afirmativas 
a. 
III e V 
b. 
I e IV 
c. 
I, II e IV 
d. 
I e II 
e. 
II, III e V 
A resposta correta é a. III e V. 
 O número de Nusselt representa a relação entre a transferência de calor por convecção e a 
transferência de calor por condução. Na convecção térmica, o fluxo de calor trocado por convecção é 
diretamente proporcional à diferença de temperaturas elevadas à primeira potência. A convecção 
térmica é o mecanismo predominante de transferência de calor em processos onde fluidos estão em 
escoamento. Quanto maior o coeficiente de transferência de calor convectivo, maior será a taxa de 
troca térmica entre dois fluidos. A natureza do escoamento (turbulento ou laminar) influencia na taxa 
de transferência convectiva de calor. 
Questão 2 
Em uma refinaria de petróleo existem inúmeras tubulações que transportam fluidos que trocam calor 
com certo ambiente. Considere um tubo: 
• com diâmetros interno e externo iguais a 2,0 cm e 2,5 cm, respectivamente, que transporta água a 
uma velocidade de 1,5 m/s. 
• em que as temperaturas de entrada e de saída da água são iguais a 30ºC e 65ºC, respectivamente, 
e a temperatura da parede externa do tubo é mantida constante e igual a 100ºC. 
 
Suponha que, para regime turbulento, possa ser usada a seguinte correlação fictícia, relacionando o 
número de Nusselt aos números de Reynolds e de Prandtl: 
Nu=0,02(Re/10)Pr0,5��=0,02(��/10)��0,5 
 
Tenha em conta que ln 2 = 0,7 e que π = 3, e despreze qualquer resistência condutiva. A massa 
específica, o calor específico, a condutividade térmica, a viscosidade dinâmica e o número de Prandtl 
da água são, aproximadamente, 1.000 kg/m3, 4.000 J/(kg.K), 0,6 W/(m.K), 0,6x10−6 m2/s e 4. Nessas 
condições, o comprimento desse tubo, em metros, é cerca de 
a. 
5,5 
b. 
4,4 
c. 
3,5 
d. 
6,4 
e. 
2,8 
 
 
Primeiro, vamos calcular o número de Reynolds (Re) usando a fórmula Re = (ρvD)/μ, onde ρ é a massa 
específica do fluido (água), v é a velocidade do fluido, D é o diâmetro interno do tubo e μ é a 
viscosidade dinâmica do fluido. 
Substituindo os valores dados no problema, temos: 
Re = (1000 kg/m³ x 1,5 m/s x 0,02 m) / (0,6 x 10⁻⁶ m²/s) = 50000 
Agora podemos usar a correlação dada para calcular o número de Nusselt (Nu): 
Nu = 0,02(Re/10) Pr^0.5 = 0,02(50000/10)4^0.5 = 40 
Com o número de Nusselt, podemos calcular o coeficiente de transferência de calor (h) usando a 
fórmula h = (kNu)/D, onde k é a condutividade térmica do fluido e D é o diâmetro interno do tubo. 
Substituindo os valores, temos: 
h = (0,6 W/ (m.K) x 40) / 0.02 m = 1200 W/ (m².K) 
Agora podemos usar a equação da taxa de transferência de calor para calcular o comprimento do tubo 
necessário para atingir a mudança de temperatura desejada. A equação é Q = hAΔTm, onde Q é a taxa 
de transferência de calor, A é a área da superfície interna do tubo e ΔTm é a diferença média 
logarítmica de temperatura. 
Podemos calcular ΔTm usando a fórmula ΔTm = (ΔT1 - ΔT2) /ln(ΔT1/ΔT2), onde ΔT1 e ΔT2 são as 
diferenças de temperatura na entrada e na saída do tubo, respectivamente. 
Substituindo os valores dados no problema, temos: 
ΔT1 = 100°C - 30°C = 70°C ΔT2 = 100°C - 65°C = 35°C ΔTm = (70°C - 35°C) /ln(70/35) ≈ 51.4°C 
Agora podemos calcular Q usando a fórmula Q = mcΔT, onde m é a taxa de fluxo mássico do fluido, c 
é o calor específico do fluido e ΔT é a mudança de temperatura do fluido. 
A taxa de fluxo mássico pode ser calculada usando a fórmula m = ρvA, onde A é a área da seção 
transversal interna do tubo. 
Substituindo os valores dados no problema, temos: 
A = π(D²) /4 = π (0.02 m) ²/4 ≈ 0.000314 m² m = ρvA = 1000 kg/m³ x 1.5 m/s x 0.000314 m² ≈ 0.471 
kg/s Q = mcΔT = 0.471 kg/s x 4000 J/(kg.K) x (65°C - 30°C) ≈ 65460 W 
Finalmente, podemos calcular o comprimento do tubo (L) usando a equação Q = hAΔTm. Substituindo 
os valores que calculamos anteriormente e resolvendo para L, temos: 
Q = hAΔTm 65460 W = 1200 W/ (m².K) x πDL x 51.4 K L ≈ 3.5 m 
Portanto, o comprimento desse tubo em metros é cerca de 3.5 metros. 
 
Questão 3 
19 Em uma refinaria de petróleo existem inúmeras tubulações que transportam fluidos que trocam 
calor com certo ambiente. Considere um tubo com diâmetros interno e externo iguais a 2,0 cm e 2,5 
cm, respectivamente, que transporta água a uma velocidade de 1,5 m/s. Suponha que, para regime 
turbulento, possa ser usada a seguinte correlação fictícia, relacionando o número de Nusselt aos 
números de Reynolds e de Prandtl: 
 Nu=0,02(Re/10)Pr0,5��=0,02(��/10)��0,5 
 Despreze qualquer resistência condutiva e assuma que a massa específica, o calor específico, a 
condutividade térmica, a viscosidade dinâmica e o número de Prandtl da água são, aproximadamente, 
1.000 kg/m3, 4.000 J/(kg.K), 0,6 W/(m.K), 0,6x10−6 m2/s e 4. Nessas condições, o valor do coeficiente 
de transferência de calor por convecção é, em unidade SI, 
a. 
8.000 
b. 
6.000 
c. 
4.000 
d. 
1.000 
e. 
2.000 
 Primeiro, precisamos calcular o número de Reynolds usando a fórmula Re = (ρvD)/μ, onde ρ é a massa 
específica do fluido (água), v é a velocidade do fluido, D é o diâmetro interno do tubo e μ é a 
viscosidade dinâmica do fluido. 
Substituindo os valores dados na fórmula, temos: 
Re = (1000 kg/m³ x 1,5 m/s x 0,02 m) / (0,6 x 10⁻⁶ m²/s) = 50000 
Agora podemos usar a correlação dada para calcular o número de Nusselt: Nu = 0,02(Re/10) Pr^0.5 
Substituindo os valores de Re e Pr na fórmula acima, temos: 
Nu = 0,02(50000/10)4^0.5 = 200 
Finalmente, podemos calcular o coeficiente de transferência de calor por convecção usando a fórmula 
h = (kNu)/D, onde k é a condutividade térmica do fluido e D é o diâmetro interno do tubo. 
Substituindo os valores na fórmula acima, temos: 
h = (0,6 W/ (m.K) x 200) / 0,02 m = 6000 W/ (m².K) 
Portanto, a resposta correta é a opção b) 6.000. 
 
Questão 4 
 
Aletas foram instaladas em uma superfície mantida a 60°C, visando a aumentar a taxa de transferência 
de calor. Ao se analisar uma das aletas isoladamente, verifica-se que o(s) principal(ais) mecanismo(s) 
de transferência de calor envolvido(s) é(são) 
a. 
condução e convecção. 
b. 
condução e radiação. 
c. 
radiação e convecção. 
d. 
apenas convecção. 
e. 
apenas condução. 
A resposta correta é a letra a. Condução e convecção são os principais mecanismos de transferência 
de calor envolvidos quando aletas são instaladas em uma superfície mantida a 60°C para aumentar a 
taxa de transferência de calor. 😊 
 
Questão 5 
Ao se considerar o escoamento em regime turbulento de uma corrente gasosa através dos tubos de 
um trocador de calor, reconhece-se que 
a. 
o aumento da velocidade de escoamento de um gás leva ao aumento do coeficiente de convecção. 
b. 
um aumento do comprimento dos tubos implica um aumento do coeficiente de convecção. 
c. 
o valor correspondente do coeficiente de convecção será tanto maior quanto maior for a viscosidade 
da corrente. 
d. 
o valor do coeficiente de convecção deve ser determinado através de tabelas, de forma semelhante à 
determinação da condutividade térmica. 
e. 
o valor do coeficiente de convecção permanece sempre constante durante a operação doequipamento, independente das flutuações operacionais. 
 
Ao considerar o escoamento em regime turbulento de uma corrente gasosa através dos tubos de um 
trocador de calor, a afirmação correta é a letra a. 
O aumento da velocidade de escoamento de um gás leva ao aumento do coeficiente de convecção. 
Isso ocorre porque o aumento da velocidade do gás aumenta a taxa de transferência de calor entre o 
gás e a superfície do tubo. 
 
Questão6 
Nos motores refrigerados a ar, a maior troca de calor associa-se 
a. 
à quantidade de aletas. 
b. 
à geometria das aletas. 
c. 
à espessura da aleta. 
d. 
à área de transferência de calor associada às aletas. 
e. 
ao espaçamento das aletas. 
Nos motores refrigerados a ar, a maior troca de calor associa-se à área de transferência de calor 
associada às aletas 1. Os cilindros do motor possuem aletas para aumentar a superfície de contato 
com o ar e permitir uma melhor troca de calor com o meio 
 
Questão 7 
Aletas são extensões acrescentadas em uma superfície para incrementar a área de transmissão de 
calor, aumentando a quantidade total de calor transmitida. Sobre o desempenho desses dispositivos 
de dissipação do calor, assinale a opção correta. 
a. 
A eficiência de uma aleta é dada pela razão entre o calor dissipado por toda a aleta e o calor máximo 
que o objeto poderia dissipar, caso estivesse à temperatura igual à temperatura da base. 
b. 
A eficiência de uma aleta é determinada pela razão entre a taxa de transferência de calor real da aleta 
e a taxa de transferência de calor de uma aleta do mesmo tipo com uma ponta adiabática. 
c. 
Efetividade da aleta é o quociente entre a taxa de transferência de calor da aleta e a taxa de 
transferência de calor do objeto, caso não existisse a aleta. 
d. 
A eficiência global de superfície de aleta é uma medida da eficiência, definida pela razão entre o calor 
dissipado pela superfície de uma aleta e a soma das taxas de transferência de calor de todas as aletas 
e do corpo do objeto. 
A eficiência de uma aleta é definida pela razão entre o fluxo de calor real transmitido pela aleta e o 
fluxo de calor máximo que seria transmitido se a aleta estivesse toda à temperatura da base. Já a 
efetividade de uma aleta é definida pela razão entre o fluxo de calor transmitido pela aleta e o fluxo 
de calor que seria transmitido pelo objeto sem a aleta. 
Portanto, a opção correta é a c. 
Efetividade da aleta é o quociente entre a taxa de transferência de calor da aleta e a taxa de 
transferência de calor do objeto, caso não existisse a aleta. 
 
QUESTÃO 8 
Um fluido escoa em regime laminar, plenamente desenvolvido, em um tubo circular de diâmetro D e 
está submetido a um fluxo de calor constante na superfície. Nessas condições, o número de Nusselt 
é: 
http://www.cespe.unb.br/concursos/inmetro2010/arquivos/INMETRO10_021_27.pdf
http://www.cespe.unb.br/concursos/inmetro2010/arquivos/INMETRO10_021_27.pdf
http://www.cespe.unb.br/concursos/inmetro2010/arquivos/INMETRO10_021_27.pdf
https://www.trabalhosgratuitos.com/Exatas/Engenharia/Sistema-de-refrigera%C3%A7%C3%A3o-do-motor-561015.html
https://www.trabalhosgratuitos.com/Exatas/Engenharia/Sistema-de-refrigera%C3%A7%C3%A3o-do-motor-561015.html
a. 
dependente do número de Reynolds e independente do número de Prandtl. 
b. 
independente do número de Reynolds e dependente do número de Prandtl. 
c. 
dependente do número de Reynolds e do número de Prandtl. 
d. 
dependente do número de Reynolds e independente do número de Lewis. 
e. 
independente do número de Reynolds e do número de Prandtl. 
O número de Nusselt é um número adimensional que representa a razão entre a transferência de 
calor por convecção e por condução através de uma camada de fluido12. O número de Nusselt também 
está intimamente relacionado ao número de Reynolds e ao número de Prandtl, que são outros 
números adimensionais que descrevem o escoamento e as propriedades do fluido1. 
Para escoamentos laminar, plenamente desenvolvido, em um tubo circular com fluxo de calor 
constante na superfície, o número de Nusselt é dado pela seguinte fórmula3: 
Nu=kf hD =3.66 
Onde: 
• h é o coeficiente de transferência de calor por convecção [W/m².K] 
• D é o diâmetro do tubo [m] 
• kf é a condutividade térmica do fluido [W/m.K] 
Nesse caso, o número de Nusselt é independente do número de Reynolds e do número de Prandtl, 
pois não depende das características do escoamento ou das propriedades do fluido. 
Portanto, a alternativa correta é a letra e. 
 
Questão 9 
Um fluido escoa em regime laminar, plenamente desenvolvido, em um tubo circular de diâmetro D e 
está submetido a uma temperatura de superfície (Ts) constante na superfície, o número de Nusselt é: 
a. 
independente do número de Reynolds e do número de Prandtl. 
b. 
dependente do número de Reynolds e do número de Prandtl. 
c. 
dependente do número de Reynolds e independente do número de Lewis. 
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao/
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao/
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao/
https://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Nusselt
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao/
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao/
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao/
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao/
https://es.lambdageeks.com/nusselt-number-relations-and-formulas/
https://es.lambdageeks.com/nusselt-number-relations-and-formulas/
https://es.lambdageeks.com/nusselt-number-relations-and-formulas/
d. 
dependente do número de Reynolds e independente do número de Prandtl. 
e. 
independente do número de Reynolds e dependente do número de Prandtl. 
 
Nesse caso, o número de Nusselt é independente do número de Reynolds e do número de Prandtl, 
pois não depende das características do escoamento ou das propriedades do fluido. 
PORTANTO A RESPOSTA CORRETA É A LETA A. 
 
Questão 10 
 
Um fluido escoa em regime laminar, plenamente desenvolvido, em um tubo circular de diâmetro D e 
está submetido a um fluxo de calor constante na superfície. Nessas condições, o número de Nusselt é 
constante e igual a: 
a. 
indeterminado 
b. 
3,66 
c. 
3,43 
d. 
4,65 
e. 
4,36 
 
 De acordo com a 1, o número de Nusselt é um número adimensional que representa o aprimoramento 
da transferência de calor através de uma camada de fluido como resultado da convecção. O número 
de Nusselt é definido como: 
Nu=kf hL 
Onde: 
• h é o coeficiente de transferência de calor por convecção [W/m$^2$.K] 
• L é o comprimento característico 
• kf é a condutividade térmica do fluido [W/mK] 
https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-o-numero-de-nusselt-definicao/
Para um escoamento laminar, plenamente desenvolvido, em um tubo circular com fluxo de calor 
constante na superfície, o número de Nusselt é dado pela seguinte expressão: 
Nu=1−0.17Pr0.144.364 
Onde: 
• Pr é o número de Prandtl do fluido 
Portanto, a resposta correta para a questão é a alternativa e. 4,36.