RESUMO - FENÔMENOS DOS TRANSPORTES

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FENÔMENOS DOS TRANSPORTES 
 
1.1 - Introdução ao fenômeno dos transportes (Nota 10,0 de 10,0) 
 
Que tipo de transferência faz com que a energia seja transferida através da 
parede, tendendo a um estado de equilíbrio onde a superfície interna será tão 
quente quanto a externa? 
Transferência de calor. 
 
 
Para uma panela de água quente sendo aquecida, como mostra o desenho, que 
mecanismo de transferência de calor está ocorrendo? Por quê. 
Convecção - Transmissão através da agitação molecular e do movimento do próprio 
meio ou por partes deste meio. 
 
 
Qual a diferença entre termodinâmica e transferência de calor? 
Termodinâmica - estuda as interações (trocas de energia) entre um sistema e suas 
vizinhanças. Transferência de calor- indica como ocorre e qual a velocidade com que o 
calor é transportado. 
 
 
 
Ao detalhar o conceito de energia interna, é entendido que a soma de todas as 
formas microscópicas de energia é denominada energia interna U do sistema. 
Segundo as afirmativas a seguir, quais estão corretas quanto a energia interna: 
I) A energia interna pode ser descrita também como a soma das energias cinéticas 
e potenciais das moléculas. 
II) A velocidade média e o grau de atividade das moléculas não são proporcionais 
à temperatura. 
III) A parte de energia interna associada com a energia cinética das moléculas é 
denominada energia sensível ou calor sensível. 
Pode-se afirmar que 
 
As alternativas corretas são I e III. 
 
Assinale a alternativa correta: 
Condução é a transferência de energia resultante da interação de partículas de maior 
energia de uma substância com partículas adjacentes de menor energia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.2 - Escoamento incompressível de fluidos não viscosos (Nota 10,0 de 10,0) 
 
 
Os fluidos incompressíveis são os fluidos definidos quanto à sua 
compressibilidade, sendo muito aplicados em máquinas e equipamentos de 
engenharia. Com base nos conceitos básicos de fluidos incompressíveis, 
assinale a alternativa correta. 
Fluido que tem modificação na pressão; entretanto, o volume permanece constante. 
 
 
A viscosidade é uma característica importante do fluido e ocorre quando as suas 
camadas se movem uma em relação à outra, desenvolvendo uma força de atrito 
entre elas; a camada mais lenta tenta reduzir a velocidade da camada mais rápida. 
Com relação às razões causam a viscosidade, assinale a alternativa correta. 
A viscosidade é causada por forças coesivas entre as moléculas de um líquido e por 
colisões moleculares nos gases. 
 
 
As propriedades dos fluidos podem ser identificadas através de equações; assim; 
a equação da continuidade calcula a soma da mudança de massa local e da vazão 
massiva resultante convectiva de um fluido incompressível. Com relação ao 
resultado da equação da continuidade, assinale a alternativa correta. 
A mesma quantidade de fluido que escoa para dentro do local em que está o fluido 
deverá escoar para fora. 
 
 
 
Algumas equações são utilizadas para calcular propriedades dos fluidos. A 
Equação de Bernoulli é uma relação aproximada entre pressão, velocidade e 
elevação, sendo válida em regiões de escoamento incompressível e estacionário. 
Com base na equação para escoamento incompressível, assinale a alternativa 
correta. 
A densidade ρ é constante. 
 
 
Existem diversos tipos de escoamento que podem ser definidos quanto à direção 
e à variação da trajetória das partículas ou, também, quanto à variação do tempo. 
Com relação aos conceitos básicos de escoamento do tipo irrotacional, assinale 
a alternativa correta. 
O escoamento do tipo irrotacional ocorre quando as partículas do fluido não giram, ou 
seja, não apresentam rotação em relação a um eixo qualquer em determinada região. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1 - Fundamentos dos escoamentos em dutos (Nota 10,0 de 10,0) 
 
 
O número de Reynolds (abreviado como Re) é utilizado para o cálculo do regime 
de escoamento de um fluido no interior de um tubo ou de um duto. Considere que 
um sistema hidráulico opera com óleo SAE 10W, de densidade igual a 920kg/m³ e 
viscosidade dinâmica de 0,018kg/(m.s), à temperatura de 55°C. Sabendo que o 
fluido escoa a uma velocidade média de 0,147m/s, e que o tubo tem 1m de 
diâmetro, qual é o número de Reynolds para o escoamento? 
7.513,33. 
 
 
Em escoamento laminar, o perfil de velocidade é parabólico. Em escoamento 
turbulento, não há uma definição correta, porém o escoamento acontece em 
quatro camadas. Quais são elas? 
Subcamada viscosa, subcamada amortecedora, camada de transição e camada 
externa. 
 
 
 
A Lei da Parede para a determinação do perfil de velocidade empírico-turbulento 
envolve a determinação da velocidade de atrito na subcamada viscosa. Além do 
método da Lei da Parede, quais outros métodos existem para estimar o perfil de 
velocidade turbulento? 
Lei Logarítmica, Lei do Defeito da Velocidade e Lei da Potência. 
 
 
O objetivo no transporte de fluidos por bombas é transferir energia ao fluido, 
compensar as perdas por atrito e aumentar a vazão no transporte com 
diferença de altura ou de pressão. Suponha que escoe petróleo cru por uma 
tubulação horizontal com auxílio de uma bomba com eficiência de 85%. Qual 
potência deve ser fornecida na entrada da estação de bombeamento para vazão 
de 2,94m³/s? Considere que a queda de pressão estimada ao longo do 
escoamento é de 7,92MPa. 
27,41MW 
 
Em escoamento laminar, a região de entrada do fluido é definida por um 
comprimento de entrada. Esse comprimento é compreendido entre quais 
distâncias? 
Entre a região de entrada e a região de comportamento completamente desenvolvido. 
 
 
 
 
 
 
2.2 - Máquinas de Fluxo — Bombas (Nota 10,0 de 10,0) 
 
No processo de dimensionamento de bombas, diversas ineficiências devem ser 
levadas em consideração. O parâmetro usado para quantificar essas ineficiências 
e considerá-las nos projetos é o rendimento. Nesse contexto, assinale a 
alternativa correta. 
Para vazões altas de trabalho, ocorrem perdas maiores por atrito do que por vazões 
baixas. 
 
Em uma operação de limpeza, foram dimensionadas duas bombas para atuarem 
com rotação de 1.800rpm, gerando uma vazão total de 20L/s. Por falta de 
manutenção, uma das bombas não funcionou no momento. Então, o encarregado 
sugeriu aumentar a rotação da bomba que estava funcionando, para que esta 
tivesse a mesma vazão. Qual deverá ser essa rotação? Qual o aumento do 
consumo de potência para a bomba nessa nova rotação? 
3.600rpm e oito vezes maior. 
 
Uma bomba aumenta a pressão da água de 50kPa para 850kPa em um local 
com elevação de 25m. Os diâmetros de entrada e de saída da bomba são iguais. 
Considere que a densidade da água é igual a 1.000kg/m3. Qual a carga líquida 
(altura manométrica) da bomba em metros? 
105m 
 
A carga líquida fornecida por uma bomba em uma rotação de 1.000rpm é de 20m. 
Se você diminuir a rotação pela metade, a carga líquida fornecida será de: 
5m 
 
Um sistema de abastecimento tem a configuração mostrada a seguir. Sabendo 
que a vazão desse sistema deve ser de 0,02m3/s, e que a potência requerida para 
acionar o eixo da bomba é de 3kW, qual o rendimento total da bomba? Considere 
a densidade da água igual a 1.000kg/m3. 
85%. 
 
 
 
 
 
 
 
3.1 - Difusão em meio movimentado (Nota 10,0 de 10,0) 
Muitos processos e reações dependem do fenômeno de difusão, que é o 
responsável por transportar e espalhar partículas de elementos químicos de 
maneira homogênea no meio em que elas se encontram. 
Sobre o fenômeno de difusão, assinale a alternativa correta. 
No fenômeno de difusão, o transporte da matéria é realizado pela movimentação de 
átomos, moléculas ou íons e ocorre em meios fluidos e sólidos. 
A convecção está relacionada à maneira pela qual o fluido, que contém partículas 
sólidas, se movimenta ao longo de determinado sistema. A sua classificação pode 
ser dividida em convecção forçada e convecção natural. 
Do ponto de vista da difusão realizada em um meio convectivo, assinale a 
alternativacorreta. 
Na convecção natural, o principal mecanismo de difusão é a diferença entre as 
densidades do soluto em relação ao meio fluido. 
 
Um dos parâmetros que influenciam a difusão dos materiais está relacionado à 
solubilidade da substância. A solubilidade pode ser definida como a capacidade 
que determinado elemento tem de se difundir em outro elemento e pode ser 
classificada em saturada, insaturada e supersaturada. 
Sobre a solubilidade, assinale a alternativa correta. 
Nos casos envolvendo misturas gás-líquido, a solubilidade do gás diminui em relação 
ao aumento da temperatura. 
 
Fatores muito importantes na solubilidade são a velocidade do fluido e a forma 
como as partículas se movimentam. A velocidade está diretamente relacionada ao 
tipo de escoamento presente na movimentação do fluido, que pode ser laminar ou 
turbulento. 
Sobre essa temática, assinale a alternativa correta. 
A movimentação desordenada das partículas, com velocidades e direções variadas, 
permite a obtenção de uma mistura homogênea de forma mais rápida. 
 
Meios convectivos para a transferência de massa são muito utilizados em 
problemas de engenharia, como nas situações que envolvam resfriamento, 
condensação ou escoamento, por exemplo. Dependendo da definição do 
problema, o escoamento convectivo pode ser externo (dividido em laminar e 
turbulento), interno ou induzido. 
Em relação a esses tipos de escoamento, é correto afirmar que: 
o escoamento passa de laminar para turbulento em função da geometria, da rugosidade 
e da temperatura da superfície, bem como da velocidade e do tipo de fluido. 
 
 
3.2 - Análise das energias dos fluidos em escoamento (Nota 10,0 de 10,0) 
 
O vapor sai de uma panela de pressão cuja pressão de operação é de 30 psia. 
Observa-se que a quantidade de líquido na panela diminuiu em 0,4 gal em 45 minutos 
depois de terem sido estabelecidas as condições de operação estáveis, e a área da 
secção transversal da abertura de saída é de 0,15 in2. Marque a alternativa que 
apresenta, respectivamente, o fluxo de massa do vapor e a velocidade de saída. 
 
O vapor sai de uma panela de pressão cuja pressão de operação é de 30 psia. 
Observa-se que a quantidade de líquido na panela diminuiu em 0,4 gal em 45 minutos 
depois de terem sido estabelecidas as condições de operação estáveis, e a área da 
secção transversal da abertura de saída é de 0,15 in2. Marque a alternativa que 
apresenta, respectivamente, as energias total e de escoamento do vapor por unidade 
de massa. 
 
O vapor sai de uma panela de pressão cuja pressão de operação é de 30 psia. 
Observa-se que a quantidade de líquido na panela diminuiu em 0,4 gal em 45 minutos 
depois de terem sido estabelecidas as condições de operação estáveis, e a área da 
secção transversal da abertura de saída é de 0,15 in2. Marque a alternativa que 
apresenta a taxa com a qual a energia sai da panela transportada pelo vapor e o erro 
referente à desconsideração da energia cinética. 
 
Refrigerante- 134a entra no compressor de um sistema de refrigeração na forma de 
vapor saturado a 0,14 MPa, e sai como vapor aquecido a 0,8 MPa e 60 ° C a uma taxa 
de 0,06 kg / s. Determinar as taxas de transferência de energia por massa para dentro 
e para fora do compressor. Assuma que as contribuições das energias cinética e 
potencial são insignificantes. 
a) 14,35 kW e 17,81 kW 
 
Marque a alternativa que apresenta a (s) forma (s) de transferência de energia para (ou 
a partir de) um volume de controle durante o escoamento de um fluido. 
 
e) Calor, trabalho e massa. 
 
 
 
4.1 - Introdução e conceitos básicos da transferência de calor (Nota 10,0 de 10,0) 
 
Em um dia de inverno, em uma temperatura muito fria, usamos casacos de lã, pois 
as lãs: 
Evitam a perda de calor do corpo para o meio externo. 
 
Julgue as afirmações a seguir: 
 
I- A transferência de calor (ou Calor) é a energia em trânsito devido a uma 
diferença de temperatura. 
II- A transferência de calor por condução ocorre entre uma superfície e um fluido 
em movimento em virtude de uma diferença de temperatura. 
III- Na transferência de calor por radiação, na ausência de um meio interveniente, 
existe uma troca líquida de energia (emitida na forma de ondas eletromagnéticas) 
entre duas superfícies a diferentes temperaturas. 
 
Estão corretas: 
Apenas I e III. 
 
Sobre os mecanismos de transferência de calor, analise as alternativas a seguir e 
marque a INCORRETA: 
A condução de calor pode ocorrer no vácuo. 
 
Consideremos uma garrafa térmica com café. Marque a alternativa INCORRETA: 
Há condução natural do ar para a capa plástica. 
 
Considere uma barra de ferro e outra barra de madeira. Quando tocamos o ferro 
ou a madeira, o que se pode observar? 
A barra de ferro parece mais fria do que a barra de madeira porque o metal conduz 
melhor o calor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2 - Transferência simultânea de calor e massa (Nota: 10,0 / 10) 
 
Em uma tubulação circular com diâmetro de 0,020m, a água condensada se 
deposita nas paredes. Com a finalidade de retirar essa matéria condensada da 
tubulação, aplica-se vapor de ar a 303K e 1 atm, com velocidade de 1,5m/s. Assim, 
determine o coeficiente de transferência de massa para esse escoamento interno 
e completamente desenvolvido. Dados: ν = 1,608x10-5m2/s; DAB = 2,5905x10-5m2/s 
para as condições de temperatura e pressão. 
4,74x10-3m/s. 
 
Na indústria de bebidas, existem dois grupos principais: as bebidas alcoólicas 
fermentadas não destiladas e as bebidas alcoólicas fermentadas destiladas. O que 
as diferencia é que o segundo grupo passa pela operação de destilação. Após a 
fermentação, as bebidas como cachaça, rum e tequila passam pela fermentação, 
na qual há extração de vapores que depois são condensados. A destilação pode 
ser realizada várias vezes, resultando em bebidas com teores mais elevados de 
álcool. 
Sobre essa operação unitária, é correto afirmar: 
Se o produto for destilado várias vezes, pode-se dizer que ele foi concentrado, ou seja, 
há grande quantidade desoluto em relação ao solvente no produto obtido. 
 
Os números adimensionais presentes nas determinações numéricas da 
transferência simultânea de calor e de massa caracterizam a transferência 
convectiva e por difusão tanto de massa quanto de calor. Sabendo disso, marque 
a alternativa que apresenta o significado correto de um número adimensional: 
Um número de Schmidt próximo à unidade indica que a transferência de massa e a de 
momento por difusão são análogas. Esse número adimensional relaciona a difusão de 
movimento e a de massa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A seguir, são descritas três operações comuns na indústria. Identifique 
corretamente os processos de transferência envolvidos em cada uma das 
situações apresentadas. 
I. Na indústria automotiva, há diversas partículas que oferecem risco à saúde. 
Esses contaminantes passam por filtração, mas antes passam pelo resfriamento 
evaporativo, obtendo a temperatura ideal para a filtração. A etapa de resfriamento 
evaporativo consiste em algum meio ou produto ceder calor para evaporação da 
água. A evaporação retira calor do ambiente, nesse caso, reduz a temperatura dos 
contaminantes. 
II. A adsorção está entre os métodos mais conhecidos para a separação de 
compostos. É eficiente no tratamento de efluentes, sendo empregada na remoção 
de hidrocarbonetos indesejáveis no refino de petróleo; na remoção de gases 
dispersos no ar; na remoção de odor, sabor e cor, como na produção de óleos 
comestíveis; e na recuperação de compostos. No processo de adsorção, o soluto 
é adsorvido, ou seja, ele se acumula e fica retido na superfície sólida do 
adsorvente, como o carvão ativado. 
III. A água é uma das substâncias mais comuns nos processos industriais. Em 
alguns casos, ela deve ser mantida em temperaturas ideais adequadas para o 
processo. Assim, alguns processos exigem que os fluidos utilizados sejam 
aquecidos, como na produção de descartáveis. 
Marque a resposta correta:Os fenômenos que tornam possíveis as operações I, II e III são, respectivamente, o 
transporte simultâneo de calor e de massa, a transferência de massa e a transferência 
de calor. 
 
 
 
Determine o coeficiente convectivo de transferência de calor em um escoamento 
de ar a 25ºC e 1 atm que flui a 60m/s no interior de um tubo com 5cm de diâmetro. 
Dados: ν = 0,16x10-4m2/s; DAB = 0,0611x10-2m2/s; Pr = 0,7296; k = 0,02514W/mK para 
as condições de temperatura e pressão. 
168,56W/m2K. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fundamentos da condução de calor 
 
1 - Marque a alternativa INCORRETA: 
A condução pode ser definida como o processo pelo qual a energia é transferida das 
porções quentes para as porções frias de um fluido através de uma ação combinada. 
 
Suponhamos que um engenheiro é responsável pela operação de um forno e 
necessita reduzir as perdas térmicas pela parede de um forno por razões 
econômicas. Qual a possibilidade para redução do fluxo de calor em uma parede 
plana? 
Trocar a parede por outra de menor condutividade. 
 
Considere uma parede de uma sala com 15 m de comprimento, 6 m de largura e 3 
m de altura com temperatura de 20ºC (graus Celsius). As paredes da sala têm 15 
cm de espessura e são feitas de tijolos com condutividade térmica de 0,72 W/m.k, 
com as áreas das janelas desprezíveis. A face interna da parede está com 30ºC 
(graus Celsius). Despreze a troca de calor do piso e do teto, que estão isolados. 
Qual a taxa de perda de calor através da parede neste dia? 
q=6048 W 
 
Sobre os mecanismos de condução, marque a alternativa INCORRETA. 
Os mecanismos de condução de calor podem ocorrer no vácuo. 
 
O telhado de uma casa com aquecimento elétrico tem 6 m de comprimento, 8 m 
de largura e 0,25 m de espessura e é feito de uma camada plana de concreto cuja 
condutividade térmica é k = 0,8 W/m.K . As temperaturas das faces interna e 
externa do telhado, medidas em uma noite, são 15 °C e 4 °C, respectivamente, 
durante um período de 10 horas. Determine (a) a taxa de perda de calor através do 
telhado naquela noite e (b) o custo dessa perda de calor para o proprietário, 
considerando que o custo da eletricidade é de US$ 0,08/kWh. 
q=1,69 kW, custo(US$)=1,35. 
 
 
 
 
 
Fundamentos da convecção de calor 
 
Marque a alternativa INCORRETA. 
Quanto mais rápido for o movimento do fluido, menor será a transferência de calor por 
convecção. 
 
Considere uma placa plana de 100 mm de comprimento e 50 mm de largura que 
está eletricamente aquecida e a máxima temperatura permissível no centro da 
placa é 135ºC (graus Celsius). Adotar que a fonte de calor será dos dois lados da 
placa plana. Calcule a taxa de calor transferido por convecção para o ar 
atmosférico a 25ºC (graus Celsius) e o coeficiente de película de 6,03 kcal/h.m2.C. 
6,633kcal/h. 
 
Pela relação de Isaac Newton podemos afirmar que a taxa de calor é: 
É proporcional à área e ao coeficiente de película. 
 
Considere um fluido escoando sobre uma superfície estacionária tende ao 
repouso completo na superfície em decorrência da condição de não deslizamento 
como mostra a figura: 
 
É correto afirmar: 
 
 
Uma das consequências da condição de não deslizamento é que todos os perfis de 
velocidade devem ter valor zero em relação à superfície nos pontos de contato entre o 
fluido e a superfície sólida 
Como podemos definir o coeficiente de transferência de calor por convecção? 
O coeficiente de transferência de calor por convecção h pode ser definido como a taxa 
de transferência de calor entre uma superfície sólida e um fluido por unidade de área e 
por unidade de diferença de temperatura. 
 
 
 
 
 
 
Fundamentos da radiação térmica 
 
Considere um duto de estanho (ε=0,1) com diâmetro externo de 25 cm e 
temperatura superficial de 100 (graus Celsius), localizado em um compartimento 
cujas paredes estão a 20 (graus Celsius). O ar no compartimento está a 30 (graus 
Celsius) e o coeficiente de transferência de calor por convecção é 5 kcal/h.m^2.C. 
Determine o fluxo de calor por metro de tubo. 
642,428 kcal/h. 
 
Uma tubulação conduz água a 80 (graus Celsius). O tubo tem diâmetro externo de 
2", resistência térmica desprezível e está isolado com um isolante de 1" de 
espessura. Sabe-se que a temperatura da face externa do isolamento do tubo é 20 
(graus Celsius), o fluxo de calor transferido da tubulação para o ambiente se dá 
por radiação, é de 22 kcal/h e a temperatura da face interna das paredes da sala é 
5 (graus Celsius). Calcule a emissividade da superfície do isolamento. 
0,674. 
 
Marque a alternativa correta sobre radiação térmica: 
Um corpo negro com absorção perfeita se o α=1. 
 
Sobre os mecanismos simultâneos de transferência de calor, qual o mecanismo 
de transferência para um fluido em repouso? 
Condução e, possivelmente, por radiação. 
 
Considere uma pessoa em pé em uma sala a 25°C. Determine a taxa total de 
transferência de calor por radiação desta pessoa, considerando que a superfície 
exposta e a temperatura média da superfície da pessoa são 2 m^2 e 32°C, 
respectivamente. 
82,68 W. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Membranas em situações industriais 
 
As membranas utilizadas nos processos de filtração acabam atuando como uma 
barreira à difusão do soluto, de forma que algumas moléculas acabam 
conseguindo passagem, enquanto outras ficam retidas. 
Em relação às membranas, assinale a alternativa correta. 
A designação do processo de filtração e sua respectiva membrana é realizada em 
função do tamanho das partículas. 
 
Em relação ao fluxo, o processo de filtração por membrana pode ser realizado de 
duas maneiras distintas: fluxo cruzado ou fluxo sem saída. No fluxo cruzado, o 
solvente apenas passa sob a membrana, enquanto no fluxo sem saída o solvente 
é forçado de maneira perpendicular à membrana. 
Em relação aos fluxos, assinale a afirmação correta. 
O fluxo cruzado exige menor tempo de limpeza e, por consequência, apresenta maior 
tempo de filtração, além de ser mais estável. 
 
Ao analisar o tamanho das partículas e o seu respectivo processo de aplicação 
de membrana, nota-se que o processo de ultrafiltração se encontra entre o 
processo de microfiltração e o de nanofiltração. 
Ao comparar esses processos, assinale a alternativa que identifica de maneira 
correta as características do processo de ultrafiltração. 
Utiliza membranas com poros de tamanho que variam de 1nm até 400nm e em pressões 
próximas de 10bar. 
 
O processo de osmose utiliza membranas semipermeáveis para realizar a filtração 
das soluções, permitindo que apenas o solvente passe pela membrana, enquanto 
as partículas ficam retidas na sua superfície. 
No que diz respeito ao processo de osmose, assinale a alternativa correta. 
A pressão osmótica corresponde à pressão de equilíbrio que impede o fluxo de fluido 
entre uma solução pura e a solução com soluto. 
 
Na indústria de alimentícia, o processamento do leite se destaca por utilizar 
diversos processo de filtração. Em alguns casos, os processos de filtração 
chegam até mesmo a substituir outros, como, por exemplo, a pasteurização. 
Ao observar os processos de filtração na indústria de laticínios, assinale a 
alternativa correta. 
Utiliza-se a ultrafiltração para a fabricação de bebidas lácteas especiais, proteínas 
isoladas, lactose e produtos fermentados.