fenômeno de transporte

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GABARITO
Protocolo: 807916
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Prova
Data de aplicação: 14/10/2023
Curso: Engenharia Ambiental e Sanitária
Disciplina: Fenômenos de Transporte
Ano: 20232 / Semestre: 5
RGM: 423.768 / Aluno: RICARDO SILVEIRA BORCK
PROVA 01
Questão 1
Considere o escoamento ao redor de uma esfera. Deseja-se saber como a força de arrasto aerodinâmico e
influenciada pelas variáveis: velocidade (V), massa específica (ρ), e viscosidade (µ), do fluido e pelo diâmetro
(D) da esfera.
Resposta do aluno: Sistema MLT Parâmetros P.V.D Grupos adimensionais k-r= 5-3=2 grupos Parâmetros
envolvido FO=f(p, v,d,u) k=5
Questão 2
O tanque da figura abaixo descarrega água por uma tubulação. Sendo o tanque de grandes dimensões e o
fluído considerado perfeito, determine a vazão em volume de água descarregada em litros/segundo se a área
da seção do tubo é 0,001 m². Sendo: gravidade igual a 10 m/s².
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Resposta do aluno:
Questão 3
Sobre a transferência de calor por convecção, analise as afirmativas, identificando com “V” as VERDADEIRAS e
com “F” as FALSAS, e assinale a seguir a alternativa CORRETA, na sequência de cima para baixo: ( ) A
convecção forçada ocorre quando o escoamento é causado por meios externos, tais como um ventilador, uma
bomba, ou ventos atmosféricos. ( ) A convecção livre ou natural ocorre quando o escoamento do fluido é
induzido por forças de empuxo. ( ) Ao alterar um processo de transferência de calor por convecção natural para
convecção forçada (sem mudança do fluido), o coeficiente de transferência de calor por convecção mantém-se
constante. ( ) Os processos de transferência de calor por convecção podem ser classificados em convecção
natural, convecção força ou convecção mista. ( ) Independente da natureza do processo de transferência de
calor por convecção, o fluxo de calor por convecção (W/m2) pode ser obtido pela expressão conhecida como lei
do resfriamento de Newton.
a) F - V - V - F – V
b) V - V - F - V – V (correta)
c) V - V - V - F – F
d) F - V - V - V - V
Questão 4
Água, com massa especifica de 1000 kg/m3 e viscosidade cinemática de 1,02.10-6 m2/s é bombeada entre dois
reservatórios a uma vazão de 5,6 L/s, por um tubo estirado de 122 m de comprimento e 150 mm de diâmetro e
diversos acessórios. Sabe-se que para a solução deste tipo de problema, utiliza-se a conservação da energia
mecânica. E para isso é necessário utilizar algumas hipóteses simplificadoras afim de reduzir as variáveis de
acordo com o enunciado e figura do problema. Dito isso, quais são as hipóteses utilizadas?
a) 1 - Pressão P1 igual a P2; 2 - vazão iguais entre os ponto 1 e 2; 3 - incompressível; 4 - regime permanente
(correta)
b) 1 - Pressão P1 diferentes da P2; 2 - vazão iguais entre os ponto 1 e 2; 3 - compressível; 4 - regime transiente
c) 1 - Pressão P1 diferente da P2; 2 - vazão diferente entre os ponto 1 e 2; 3 - incompressível; 4 - regime
estacionário
d) 1 - Pressão P1 igual a P2; 2 - velocidade zero no ponto 2 e máxima em no ponto 1; 3 - incompressível; 4 -
regime transiente
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Questão 5
A água é essencial para a vida na Terra, e apesar de cobrir a maior parte da superfície do planeta, a maior parte
dela é água salgada nos oceanos, não adequada para consumo humano ou uso direto na agricultura. A
quantidade de água doce disponível é limitada e está distribuída de forma desigual pelo mundo. O Brasil é um
país com grande quantidade de reservas hídricas, sendo dono de importantes bacias hidrográficas e detendo
uma parcela significativa da água doce do planeta, cerca de 15%. No entanto, mesmo com essa abundância
aparente, é importante frisar que a água não é infinita e deve ser gerenciada de forma sustentável para atender
às necessidades presentes e futuras da população. Segundo a Organização das Nações Unidas (ONU), no século
20 o uso da agua cresceu duas vezes mais que a população. Do ponto de vista econômico se faz necessário
investigar e comparar o volume de água gasta fazendo a barba com a torneira aberta o tempo todo, e fazer a
barba, alternando abrindo/fechando a torneira quando não necessária a sua utilização. (Disponível em: <
https://www.projetos.unijui.edu.br/matematica/modelagem/economia_agua/index.html>. Acesso em 27 jul.
2023 (adaptado).
Na tabela, são apresentados o volume, o tempo de abertura da torneira e vazão para as torneiras com
diferentes voltas de abertura. Considerando as informações do texto, os dados apresentados na tabela, um
consumo médio de uma pessoa que vive em uma casa comum varia entre 100 a 200 litros por 24 horas, avalie
as afirmações a seguir.
I - O consumo mensal em 30 dias, resulta em aproximadamente 3000 a 6000 litros de água.
II - Deixar a torneira ¼ aberta por 24 horas equivale a um total de aproximadamente 24000 litros de agua por
dia, e isso não está de acordo com o previsto para uma pessoa.
III - Ao se fazer a barba tanto faz abrir a torneira ½ quanto a de ¼ pois a vazão difere muito pouco e esse valor
ao final do dia será o mesmo quando comparado.
É correto o que se afirma em
a) II, apenas.
b) I e III, apenas.
c) I e II, apenas. (correta)
d) I, II e III
Questão 6
Dois balões, de mesmo peso e mesmo volume, são enchidos com uma mesma quantidade de um gás mais leve
que o ar. O balão A é rígido (não se expande), enquanto o balão B possui uma superfície capaz de se expandir
livremente, conforme a variação da pressão externa. Assinale a alternativa correta em relação aos dois balões,
após serem liberados para subir sob as mesmas condições.
a) O balão A sobe mais que o balão B, pois a força peso é mais fraca em corpos que não se expandem.
b) O balão A sobe mais que o balão B, pois o balão A mantém o mesmo volume e a mesma massa.
c) O balão B sobe mais que o balão A, pois o empuxo é maior sobre o balão B. (correta)
d) O balão B sobe mais que o balão A, pois o balão B sofre menos resistência do ar.
Questão 7
O número de Reynolds representa a relação entre as forças viscosas e de inércia. Esse número adimensional é
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usado por engenheiros e cientistas para determinar se o regime de escoamento é laminar ou turbulento, e por
isso, é de vital importância em projetos de engenharia. Um engenheiro observou que, com número de Reynolds
10000, o escoamento em um tubo se tornou plenamente turbulento. Para que a observação do engenheiro
responsável seja verdade para uma tubulação de diâmetro 0,001 m, que escoa um fluido de massa específica
1000 kg/m3 e viscosidade dinâmica de 0,00001 Pa.s, a vazão mássica, em L/s, é quanto?
a) 0,00785 (correta)
b) 0,095
c) 0,00073
d) 0,0095
Questão 8
O escoamento de fluidos em um tubo pode ser laminar ou turbulento. Na maioria das aplicações de engenharia
de escoamento em tubos redondos, considera-se que o escoamento é laminar quando o Reynolds assumir
qualquer valor inferior a
a) 2400 (correta)
b) 4000
c) 3300
d) 200
Questão 9
Um fazendeiro manda cavar um poço e encontra água a 12m de profundidade. Ele resolve colocar uma bomba
de sucção muito possante na boca do poço, isto é, bem ao nível do chão. A posição da bomba é:
a) ruim, porque não conseguirá tirar água alguma do poço (correta)
b) boa, porque não faz diferença o lugar onde se coloca a bomba
c) ruim, porque gastará muita energia e tirará pouca água
d) boa, porque será fácil consertar a bomba se quebrar, embora tire pouca água
Questão 10
Marque a alternativa que indica um número adimensional importante no problema de transferência de calor por
convecção forçada:
a) Difusividade térmica
b) Biot
c) Reynolds (correta)
d) Fourier
PROVA 02
Questão 1
Considere uma salsicha sendo cozida em uma panela com água fervente. Você modelaria a transferência de
calor para a salsicha como uni, bi ou tridimensional? A transferência de calor é permanente ou transiente? Que
sistemas de coordenadas você utilizaria para analisar esse problema de transferência de calor e que condições
de contorno escolheria parasolução?
Resposta do aluno:
Questão 2
A propagação de energia térmica (calor) pode ocorrer no dia a dia de inúmeras maneiras, por exemplo uma
garrafa térmica é um mecanismo que envolve condução, convecção e radiação e todas as energias interagem
entre si, de maneira que o meio externo também vem a interferir na forma como o calor é distribuído entre o
meio interno, ou seja as equações gerais nos dá o valor do fluxo/taxa de calor envolvido. Conhecida as
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equações gerais para cada mecanismo em uma garrafa térmica, pode-se explicar o porquê de cada termo e a
importância dessa no balanço de energia. Monte o balanço de energia e análise duas hipóteses:
(I) O ar em volta da garrafa está a uma temperatura mais fria;
(II) O ar em volta da garrafa está a uma temperatura mais quente que o “líquido” contido na garrafa térmica,
para tais hipóteses considere que após algumas horas a temperatura decai até a temperatura ambiente.
Explique o que ocorre até o equilíbrio térmico, as explicações devem ser baseadas em conceitos físicos e nas
equações.
Resposta do aluno:
Questão 3
De acordo com a Lei de Fourier o fluxo de calor é determinado entre duas regiões de uma superfície em função
de suas dimensões. Para refrigeração de congeladas, as câmaras frigoríficas devem ser mantidas em
temperaturas próxima de - 2 ºC. A temperatura ambiente é de 28 °C e para conservação não deve exceder 3 ºC
afim de evitar a decomposição dos alimentos. Neste contexto, qual a razão da condutividade térmica para a
câmara de congelados.
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a) q"L/A= 27�
b) q"A/L= − 25�
c) q"L/A= 5� (correta)
d) q"A/L= 1�
Questão 4
Um tubo que transporta vapor passa por um ambiente cuja temperatura média é de 24ºC. O diâmetro externo
do tubo é 70 mm e comprimento do tubo é de 2m, a temperatura de sua superfície alcança 200ºC. Se a
emissividade da superfície externa do tubo for ε = 0,8, determine o valor aproximado da transferência de calor
por radiação do tubo para o ambiente?
a) 843,8 W (correta)
b) 421,9 W
c) 123,45 W
d) 1052 W
Questão 5
Ar escoa forçado sobre uma placa plana de 2 m de comprimento e 3 m de largura. Se a corrente de ar estiver a
100°C e a placa estiver a 100°C a uma velocidade de 0,020 m/s. Como as temperaturas da placa e do ar
possuem temperatura iguais, a temperatura de filme também será de 100°C. Por se tratar de um problema de
convecção forçada é necessário determinar o coeficiente de convecção para enfim saber a energia trocada em
regime de escoamento. Portanto defina quais são as condições que nos levam a correlação mais adequada para
o problema? As propriedades do ar a 100°C são: massa especifica de 0,9458 kg/m3, viscosidade dinâmica de
2,181 x 10-5 kg/m.s, viscosidade cinemática de 2,306 x 10-5 m2/s e número de Prandtl de 0,7111.
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a) laminar; local; isotérmico; Temperatura de filme ; número de Prandt maior ou igual a 0,6 e menor ou igual a
50 (correta)
b) turbulenta; média; isotérmico; Temperatura de filme ; Reynolds menor ou igual a 100000000 e número de
Prandt maior ou igual a 0,6 e menor ou igual a 50
c) Mista; média; isotérmico; Temperatura de filme ; Reynolds menor ou igual a 100000000 e número de Prandt
maior ou igual a 0,6 e menor ou igual a 50
d) laminar; local; fluxo uniforme; Temperatura de filme ; número de Prandt maior ou igual a 0,6
Questão 6
Menino do Rio
"Menino do Rio, calor que provoca arrepio
Dragão tatuado no braço, calção corpo aberto no espaço
Coração de eterno flerte, adoro ver-te
Menino vadio, tensão flutuante do rio
Eu canto para Deus proteger-te
O Havaí, seja aqui, tudo o que tu sonhares
Todos os lugares, as ondas dos mares
Pois quando eu te vejo eu desejo o teu desejo
Menino do Rio, calor que provoca arrepio toma esta canção"
como um beijo.
A música acima, de autoria de Caetano Veloso e interpretada por Baby Consuelo, foi composta em 1979. Logo
na primeira frase, existe um contraste entre as palavras calor e arrepio, que é o efeito de eriçamento dos pelos
do corpo por causa da sensação de frio. Marque a alternativa correta a respeito das trocas de calor entre os
corpos.
a) A sensação de frio é provocada pela perda de calor do corpo para o meio ambiente por meio do processo de
convecção térmica.
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b) O calor é uma energia térmica em trânsito e é apenas transmitido por meios materiais.
c) O calor é uma energia térmica em trânsito motivada pela igualdade de temperatura, que se transfere por
meio de três processos: condução, convecção e irradiação térmica.
d) O calor que provoca arrepio pode ser entendido como o calor perdido pelo corpo de uma pessoa por meio do
processo de condução térmica. (correta)
Questão 7
Marque a alternativa correta a respeito dos processos de propagação de calor.
a) O processo de irradiação de calor ocorre somente no vácuo.
b) A irradiação é um processo de transferência de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas
pertencentes ao espectro visível.
c) A convecção é o processo de propagação de calor que proporciona o efeito das brisas marítimas. (correta)
d) Os processos de propagação de calor por condução e convecção ocorrem em todos os tipos de meios.
Questão 8
Julgue as afirmações a seguir:
I – A transferência de calor de um corpo para outro ocorre em virtude da diferença de temperatura entre eles;
II – A convecção térmica é um processo de propagação de calor que ocorre apenas nos sólidos;
III – O processo de propagação de calor por irradiação não precisa de um meio material para ocorrer.
Estão corretas:
a) I, II e III
b) I e III apenas (correta)
c) Apenas II e III.
d) Apenas I e II
Questão 9
Existe um processo de transferência de calor que pode ocorrer mesmo na ausência de um meio físico. O nome
que se dá a esse processo é?
a) radiação (correta)
b) convecção
c) condução
d) evaporação
Questão 10
A condutividade térmica é a constante de proporcionalidade presente na Lei de Fourier. Sobre essa constante,
marque a alternativa correta.
a) É uma característica própria de cada material. (correta)
b) Depende do estado de agregação das moléculas do material.
c) Possui um mesmo valor para diferentes materiais.
d) É determinada na unidade Joule por segundo (J/s).