Fenômenos de Transporte - AVA - Unidade 3

Prévia do material em texto

FENÔMENOS DE TRANSPORTE
U3S1 - Atividade Diagnóstica
A transferência de calor é a ciência que estuda os mecanismos físicos que fundamentam os tipos de processos (também chamados de modos) de transferência de calor: a condução, a convecção e a radiação térmica. 
A respeito dos modos de transferência de calor, avalie as afirmações a seguir.
I. A condução é um processo de transferência de calor que ocorre em um meio estacionário (apenas em materiais sólidos) quando existir uma diferença de temperatura nesse meio.
II. A convecção ocorre entre a superfície de um meio estacionário e um fluido em movimento, a partir de uma diferença de temperatura entre os mesmos. 
III. A radiação térmica ocorre através de ondas eletromagnéticas, ou seja, não necessita de um meio material para ocorrer, sendo mais eficiente no vácuo.
É correto o que se afirma em?
Escolha uma:
a. I, II e III.
b. II, apenas.
c. I e III, apenas.
d. I e II, apenas.
e. II e III, apenas. 
R II e III, apenas
Na condução, é intuitivo pensarmos em movimentos atômicos e moleculares quando tratamos desse modo de transferência de calor. 
“A condução pode ser definida como a transferência de energia de partículas __________ energéticas para partículas __________ energéticas, devido a interações entre essas partículas. Chamamos de __________ de energia a transferência líquida de energia a partir do movimento molecular aleatório das moléculas.”
Em sequência, as palavras que completam corretamente essas lacunas são.
Escolha uma:
a. mais, menos, convecção.
b. mais, menos, difusão. 
c. mais, menos, advecção.
d. menos, mais, advecção.
e. menos, mais, difusão.
R mais, menos, difusão
A partir da lei de Fourier, a condutividade térmica indica a taxa de energia que é transferida por difusão.
Analise as afirmações abaixo e julgue-as como verdadeiras (V) ou falsas (F)
( ) Para materiais isotrópicos, a condutividade térmica depende da direção da transferência.
( ) Para um dado gradiente de temperatura, aumentando-se a condutividade térmica do material, aumenta-se o fluxo térmico por condução.
( ) Comparativamente, sólidos tem valores de condutividade térmica maiores que os líquidos, que tem valores maiores que os gases.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
Escolha uma:
a. V, V, V.
b. F, F, V.
c. F, V, V. 
d. V, F, F.
e. F, V, F.
R F, V, V. 
U3S1 - Atividade de Aprendizagem
Uma taxa de calor de  é conduzida através de um material isolante, utilizado em um forno industrial, com área de seção reta de  e espessura de  . Se a temperatura da superfície interna é de  e a condutividade térmica do material é de, qual a temperatura da superfície externa?
Com base no texto assinale a alternativa correta.
Escolha uma:
a. .
b. . 
c. .
d. .
e. .
R R = Tf = 40ºC
Dados fornecidos:
Condutividade térmica da parede =  0,02 w/m.k
Área = 10 m²
Espessura = 0,025 m
Ti = 415ºC
T = 3000 W
Para calcular a taxa de transferência de calor utilizaremos a seguinte fórmula:
T = [K x A x (Ti - Te)] / L
Onde:
K = Condutividade térmica
A = Área 
Ti = temperatura intena
Te = Temperatura externa
L = Espessura da parede
3000= [0,02 x 10 x ( 415 - Tf)] / 0,025
75 = [83 -0,2 Tf] 
Tf = 8 / 0,2
R = Tf = 40ºC
A condutividade térmica de uma folha de isolante de alumínio extrudado rígido é igual a . Para uma determinada aplicação, a diferença de temperaturas medida entre as superfícies de uma folha com 20 mm de espessura deste material é . Qual é a taxa de transferência de calor através de uma folha de isolante com dimensões 2m x 2m?
Com base no texto assinale a alternativa correta.
Escolha uma:
a. 73 W.
b. 44 W.
c. 58 W. 
d. 32 W.
e. 65 W.
R 58 W
q''x = k * delta t / L
q''x = 0,029*10/0,02
q''x = 14,5 w
qx = qx''* área 
qx = 14,5 * 4 
qx= 58 w 
A câmara de um freezer é um espaço cúbico com 2 m de lado. Considere o fundo como sendo perfeitamente isolado. Qual a espessura mínima requerida do isolante térmico a base de espuma de poliestireno  que deve ser aplicado nas paredes do topo e das laterais do freezer, para garantir que a taxa que entra no mesmo seja inferior a 500 W, quando a suas superfícies interna e externa se encontram a e , respectivamente?
Com base no texto assinale a alternativa correta.
Escolha uma:
a. 54 mm. 
b. 4,2 cm.
c. 11 mm.
d. 0,033 m.
e. 7,6 cm.
R54 mm
U3S2 - Atividade Diagnóstica
O modo de transferência de calor por convecção ocorre entre a superfície de um meio estacionário e um fluido em movimento, a partir de uma diferença de temperatura entre os mesmos. Existem dois mecanismos de transferência de energia envolvidos na convecção de calor. O primeiro é o mecanismo de transferência de energia que ocorre devido ao movimento atômico e molecular aleatório das partículas de fluido, considerando-se o movimento microscópico das partículas de fluido. O segundo é o mecanismo de transferência de energia que ocorre devido ao movimento global do fluido, ou seja, considerando-se o movimento macroscópico do fluido.
Com base no texto, assinale a alternativa que apresenta os dois tipos de mecanismos de transferência de energia envolvidos na convecção de calor.
Escolha uma:
a. Camada-limite e difusão.
b. Difusão e advecção. 
c. Advecção e convecção.
d. Advecção e camada-limite.
e. Difusão e condução.
R Difusão e advecção
A difusão é o mecanismo de transferência de energiaque ocorre devido ao movimento atômico e molecular aleatório daspartículas de fluido, considerando-se o movimento microscópico daspartículas de fluido.
A advecção é o mecanismo de transferência deenergia que ocorre devido ao movimento global do fluido, ou seja,considerando-se o movimento macroscópico do fluido.
Normalmente, temos que a energia transferida por convecção é a energia __________, ou seja, a energia interna do fluido. Todavia, existem processos de convecção em que a energia transferida é a energia __________, que é responsável pela mudança de __________ do fluido.
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas.
Escolha uma:
a. Latente, sensível, fase.
b. Difusiva, advectiva, temperatura.
c. Difusiva, advectiva, fase.
d. Sensível, latente, fase. 
e. Sensível, latente, temperatura.
R Sensível, latente, fase
Existem diversos parâmetros adimensionais utilizados em fenômenos de transporte. Por exemplo, para a mecânica dos fluidos, o parâmetro mais importante é o número de Reynolds.
Analise as afirmações a seguir e julgue-as como verdadeiras (V) ou falsas (F).
( ) O número de Nusselt é um parâmetro adimensional muito utilizado para determinarmos o coeficiente de transferência de calor por convecção. 
( ) Se o número de Nusselt for igual a um, significa que temos somente transferência de calor por condução ocorrendo, ou seja, o fluido está estacionário.
( ) O número de Prandtl é um parâmetro adimensional muito utilizado para determinarmos a relação da espessura das camadas-limite térmica e de velocidade.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
Escolha uma:
a. V, F, F.
b. F, V, F.
c. F, V, V.
d. V, V, V. 
e. V, F, V.
R V, V, V
U3S2 - Atividade de Aprendizagem
A superfície de uma placa de aço é mantida a uma temperatura de  . Uma corrente de ar é soprada por um ventilador e passa por sobre a superfície da placa. Sabendo que o ar se encontra a uma temperatura de  e considerando um coeficiente de troca de calor por convecção de .
, O fluxo de calor removido da placa é de?
Escolha uma:
a. 
b. 
c. 
d.  
e. 
R = Q h A Tp-T∞ . . = W
Como não temos a área
fiz (150*(150-25)=18750 w/m²
A superfície externa das paredes de um forno industrial possui uma área de  e é mantida a uma temperatura de , enquanto que o ar externo do ambiente se encontra a uma temperatura de .
Considerando um coeficiente de troca de calor por convecção de , a taxa de calor trocado por convecção entre as paredes do forno e o ar é de?
Escolha uma:
a.10 kW.
b. 20 kW.
c. 40 kW.
d. 30 kW.
e. 50 kW. 
R 50 Kw
A = PI× L×C = (perímetro x comprimento m²)
 Q= h A Tp-T ∞
resposta= 50KW
Resultados experimentais do coeficiente de transferência de calor por convecção , para o caso de um escoamento sobre uma placa plana isotérmica de comprimento 0,5 metros, sugerem a seguinte relação: .
O coeficiente de transferência de calor por convecção médio  sobre toda a placa é?
Escolha uma:
a. 
b. 
c. 
d. 
e.  
R 5,66W/m².K
U3S3 - Atividade Diagnóstica
A transferência de calor por radiação é um modo bastante utilizado na indústria e no nosso dia a dia, tendo, portanto, grande importância em várias situações da realidade prática profissional e cotidiana.
Analise as afirmações a seguir e julgue-as como verdadeiras (V) ou falsas (F).
( ) Toda matéria que se encontra a uma temperatura diferente de zero absoluto emite radiação térmica.
( ) Um corpo negro é definido como um corpo hipotético que absorve toda a radiação térmica que nele incidir.
( ) A taxa de energia emitida por radiação por unidade de área, dada em , é chamada de poder emissivo da superfície.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
Escolha uma:
a. V, V, F.
b. V, F, V.
c. V, V, V. 
d. F, F, V.
e. F, V, F.
R . V, V, V
Os trocadores de calor são equipamentos utilizados para promover a transferência de calor entre fluidos a diferentes temperaturas, que se encontram separados por uma parede sólida.
Assinale a alternativa que apresenta apenas tipos de trocadores de calor existentes.
Escolha uma:
a. Laminar e turbulento.
b. Bitubular e casco-e-tubo. 
c. Tubos concêntricos e tubo circular.
d. Coaxial e concêntrico.
e. Radial e aleta.
R Bitubular e casco-e-tubo
Os trocadores de calor são classificados basicamente de acordo com o arranjo do escoamento e o tipo de construção.
“A diferença de temperatura  é inicialmente mais alta na entrada dos fluidos quente e frio, mas decresce rapidamente com o aumento de x, aproximando-se assintoticamente de zero na saída dos fluidos quente e frio”.
Assinale a alternativa que apresenta o arranjo do escoamento ao qual o trecho se refere.
Escolha uma:
a. Correntes assintóticas.
b. Correntes planas.
c. Correntes concorrentes.
d. Correntes paralelas. 
e. Correntes contrárias.
R Correntes paralelas
U3S3 - Atividade de Aprendizagem
A radiação emitida por uma superfície real é calculada comparando-a com um corpo negro. Um corpo negro é definido como um corpo hipotético que absorve toda a radiação térmica que nele incidir. Ou seja, ele emite radiação exatamente na mesma taxa que absorve. A lei de Stefan-Boltzmann relaciona o poder emissivo de um corpo negro com a temperatura da sua superfície, como mostra a equação:
 
Em que  é a constante de Stefan-Boltzmann e  é a temperatura da superfície do corpo negro, em Kelvin.
O fluxo térmico E máximo de uma superfície real, cuja emissividade e absortividade valem 0,8 e 0,6, respectivamente, pode ser calculado através da equação.
Escolha uma:
a. .
b. . 
c. .
d. .
e. .
R = E=0,8.δ.Ts^4.
Os trocadores de calor são classificados basicamente de acordo com o arranjo do escoamento e o tipo de construção.
Fonte: Adaptado de Incropera (2013, pg. 425).
Assinale a alternativa que apresenta o tipo de trocador de calor ao qual a imagem se refere.
Escolha uma:
a. Tubos concêntricos. 
b. Casco circular.
c. Tubos cilíndricos.
d. Tubo capilar.
e. Casco e tubo.
R Tubos concêntricos
Ar escoa por um trocador de calor com uma vazão em massa de 10 kg/s. O ar entra no trocador de calor com uma temperatura de 27 e sai com uma temperatura de 100.
Para um escoamento em regime estacionário, considerando o calor específico do ar constante igual a 1,007, a taxa total de transferência de calor é de aproximadamente.
Escolha uma:
a. 923 kW.
b. 612 kW.
c. 735 kW. 
d. 844 kW.
e. 1001 kW.
R . 735 kW
U3 - Avaliação da Unidade
Você já vivenciou um resfriamento por convecção se alguma vez estendeu sua mão para fora da janela de um veículo em movimento ou a imergiu em uma corrente de água. Considere duas situações hipotéticas descritas a seguir.
Situação A: Em uma viagem de carro, você estende sua mão para fora da janela do veículo para examinar a temperatura externa.
Situação B: Para verificar a temperatura de um rio, você mergulha sua mão na água corrente.
Sabendo que: em ambos os casos a superfície da sua mão está a uma temperatura de 30°C; tanto a temperatura do ar quanto da água em ambas situações é de 10°C; o vento atinge sua mão com uma velocidade de 72 km/h (situação A); a velocidade do rio corrente é 1 m/s (situação B); os coeficientes de convecção podem ser estimados em 10 W/m2·K para o ar e 300 W/m2·K para a água.
A partir do texto acima, avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
I. Em ambas as situações o calor é removido da sua mão por convecção, sendo que na situação A a sensação de frio será maior do que na situação B. 
PORQUE
II. O processo de transferência de calor por convecção está relacionado apenas com a velocidade do escoamento do fluido, sendo que quanto maior a velocidade, mais calor é transferido, independente do fluido ser a água ou o ar.
Escolha uma:
a. As asserções I e II são proposições falsas. 
b. A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
c. A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
d. As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
e. As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
R As asserções I e II são proposições falsas. 
De forma elementar, a transferência de calor estuda como a energia térmica é transferida, quanta energia é transferida e em que taxa essa energia é transferida. Os modos de transferência de calor são: condução; convecção e radiação.
A respeito dos modos de transferência de calor, avalie as afirmações a seguir.
I. Na condução ocorre a transferência de energia de partículas mais energéticas para partículas de menor energia devido às interações que ocorrem entre elas. Esta energia está relacionada à vibração e movimento das moléculas ou átomos. Esse fenômeno é verificado apenas entre sólidos com temperaturas diferentes.
II. Na convecção ocorre a transferência de energia de partículas das porções quentes para as porções frias de um fluido em movimento através da ação combinada de: condução de calor, armazenamento de energia e movimento de mistura. Esse fenômeno é verificado entre um fluido em movimento em contato com uma superfície sólida, estando os dois com temperaturas diferentes.
III. Na radiação ocorre a transferência de energia entre um superfícies quando tais superfícies estão separadas no espaço, ainda que exista vácuo entre elas. Esse fenômeno é verificado em toda a matéria que se encontra a uma temperatura não nula, não importando o quão pequena seja essa temperatura.
A respeito dos modos de transferência de calor, é correto o que se afirma em?
Escolha uma:
a. I, apenas.
b. II e III apenas. 
c. I, II e III.
d. II, apenas.
e. I e III, apenas.
R II e III apenas
Um prédio recebe, no verão, uma brisa leve. Um fluxo de energia solar total de  incide sobre a parede externa. Destes,  são absorvidos pela parede, sendo o restante dissipado para o ambiente por convecção. O ar ambiente, a , escoa pela parede a uma velocidade tal que o coeficiente de transferência de calor é estimado em .
Considerando os valores citados no texto, temperatura da parede externa desse prédio é estimada em.
Escolha uma:
a. 
b. 
c. 
d. 
e.  
R 34 C
Uma sonda interplanetária é uma nave espacial não tripulada, utilizada para a exploração remota de outros planetas, satélites, asteroides ou cometas. Normalmente as sondas tem recursos de telemetria, que permitem estudar à distância suas características físico-químicas, tirar fotografias e por vezes tambémo seu meio ambiente. Sabe-se que uma sonda interplanetária, com área superficial de 1 m2 e emissividade 0,5, contem eletrônicos internos que dissipam 48 W de calor.
Considerando que a sonda não recebe radiação de outras fontes como, por exemplo, do sol, e utilizando a constante de Stefan-Boltzmann , a temperatura superficial da sonda é?
Escolha uma:
a. 300 K.
b. 400 K.
c. 500 K.
d. 100 K.
e. 200 K. 
R 200 K
Considere uma janela de vidro duplo , de espessura 5 mm, nas quais as placas de vidro são separadas por uma camada de ar  com 10 mm de espessura. Para essa janela, as temperaturas das superfícies interna e externa são de  e , respectivamente.
Considerando os valores citados no texto, o valor do fluxo de calor que atravessa essa janela dupla é de?
Escolha uma:
a. 
b. 
c.  
d. 
e. 
R 19,6 w/m²