Av1 - Transferência de Calor e Massa

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Av1 - Transferência de Calor e Massa
1) Existem várias maneiras de se obter a formulação numérica do problema de condução de calor como o método das diferenças finitas, métodos dos elementos finitos, método dos elementos de contorno e método do balanço de energia (ou volume de controle). Cada método, porém, tem suas próprias vantagens e desvantagens, mas todos são usados na prática.
 Considerando o contexto, avalie as afirmativas a seguir:
 I. O método das diferenças finitas consiste em adaptar uma grade ou rede nodal (malha) sobre o domínio físico.
II. Cada ponto da rede é chamado de nó ou ponto nodal, sendo identificado por índices únicos no domínio.
III. Nos pontos nodais são realizadas as aproximações do modelo matemático, originando um sistema de equações lineares.
IV. Para a obtenção das aproximações existem algumas metodologias principais: baseada na série de Fourier e baseada no Balanço de Energia.
 
É correto o que se afirma em:
Alternativas:
· a) Apenas a alternativa I está correta.
· b) Apenas a alternativa II está correta.
· c) Apenas a alternativa III está correta.
· d) Apenas as alternativas I, II e IV estão corretas.
· e) As alternativas I, II, III e IV estão corretas.
2) Considerando os problemas relacionados à condução bidimensional em regime estacionário, o método analítico envolve a elaboração de uma solução matemática exata. Em contraste com os métodos analíticos, que fornecem resultados exatos para qualquer ponto, os métodos gráficos e numéricos põem fornecer somente resultados aproximados para pontos discretos. Embora substituído por soluções computacionais baseadas em procedimentos num éticos, o método gráfico, ou de plotagem de fluxo, pode ser usado para obter uma rápida estimativa da distribuição de temperaturas.
 
I - O uso do método gráfico está restrito a problemas dimensionais envolvendo contornos adiabáticos e isotérmicos.
 
PORQUE
 II - O método está baseado no fato de que isotermas têm que ser perpendiculares às linhas de fluxo de calor.
 Relacionando as duas asserções citadas anteriormente, é correto afirmar que:
Alternativas:
· a) As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa da I.
· b) As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa da I.
· c) A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
· d) A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
· e) As asserções I e II são proposições falsas.
3) Em um processo de endurecimento brusco, barras de aço (r = 7832 kg/m3, cp = 434 J/kg.K e k = 63,9 W/m.K) são aquecidas em um forno a 850°C e depois resfriadas em banho de água a uma temperatura média de 95°C. O banho de água tem temperatura uniforme de 40°C e o coeficiente de transferência de calor por convecção (h) é 450 W/m2.K. As barras de aço têm diâmetro de 50 mm e comprimento de 2 m.
 
Figura 1. Barras de aço sendo resfriadas em banho e água.
 
Fonte da figura: CENGEL, Y.A.; GHAJAR, A. J. Transferência de calor e de massa. Ed. McGraw Hill, 4ª edição, Porto Alegre, 2012.
 
Com base nessas informações, o número de Biot e a transferência de calor à água durante o endurecimento de uma barra, são de, respectivamente:
Alternativas:
· a) 0,088 e 10,1 MJ.
· b) 0,088 e 20,2 MJ.
· c) 0,88 e 10,1 MJ.
· d) 0,88 e 20,2 MJ.
· e) 0,44 e 10,1 MJ.
4) Na figura, temos uma placa plana de 1m de comprimento em que, sobre sua superfície, está fluindo ar a uma velocidade de 10 m/s, pressão de 5 kN/m2 e temperatura de 164°C. Nestas condições de temperatura e pressão, sabe-se que a viscosidade cinemática do ar é 5,25.10-4 m2/s, o número de Prandlt é 0.687 e a condutibilidade térmica é de 36,4.10-3W/m.K.
 
Qual é a taxa de resfriamento (q') estimada por unidade de comprimento da placa [W/m] necessária para mantê-la a uma temperatura de 30°C?
Alternativas:
· a) 370,12 W/m.
· b) 460,14 W/m.
· c) 380,45 W/m.
· d) 360,46 W/m.
· e) 375,36 W/m.
5) As três equações diferenciais que regem a transferência de calor por convecção na camada laminar são a Conservação de Massa, Conservação da Quantidade de Movimento e a Conservação de Energia. Os principais resultados na resolução destas equações diferenciais são:
 - espessura da camada da camada-limite térmica (dt).
- espessura da camada-limite hidrodinâmica (d).
- coeficiente de atrito (Cf,x) e coeficiente de transferência de calor convectivo (h).
 A decapagem química é uma etapa da preparação de uma superfície metálica para receber um revestimento posteriormente. Neste processo o decapante, a 40°C, escoa sobre a placa metálica que está aquecida, e possui 6 m de comprimento e 5 m de largura, com velocidade de 0,06 m/s. Para uma temperatura de 90°C, determine:
1. a espessura da camada limite térmica () no final da placa.
2. o coeficiente de transferência de calor convectivo local  e médio ao final da placa , sabendo que:
 
 
 
Assinale a alternativa que apresenta os valores corretamente.
Alternativas:
· a)
· b)
· c)
· d)
· e)
PÚBLICA
PÚBLICA
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