Respostas Blended - Transferência de Calor e Massa - Unidade 4

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Transferência de Calor e Massa
Atividade Diagnóstica - Unidade 4 - Seção 1
Questão 1.
Nosso planeta recebe 1,79x1017 J/s de energia, mas menos da metade chega à superfície terrestre. No momento em que a radiação solar encontra a atmosfera, 25% desta radiação são refletidos de volta para o espaço, outros 25% são incorporados pelos gases da atmosfera e a superfície da Terra reflete 5%.
Complete as lacunas do texto a seguir.
Na transferência de calor por ____________, a energia é conduzida pelas ondas ____________, que são emitidas por um objeto e ____________ de um meio material para sua propagação.
Assinale a alternativa que preencha corretamente as lacunas.
a. irradiação / magnéticas / não precisam.
b. radiação / magnéticas / necessitam.
c. irradiação / elétricas / não precisam.
d. radiação / eletromagnéticas / não precisam.
e. radiação / eletromagnéticas / necessitam.
Questão 2.
Os três processos pelos quais o calor passa de um local para outro são denominados por condução, convecção e radiação. 
As asserções abaixo referem-se às características da transferência da energia térmica, analise as afirmativas a seguir e assinale V para verdadeiro e F para falso.
( ) Na condução existe um diferencial de temperatura em um meio, que pode ser material sólido ou fluido, e a transferência de calor ocorre através deste meio.
( ) Na convecção a transferência de calor ocorre entre uma superfície e um fluido em repouso.
( ) Qualquer superfície, a uma temperatura maior que o zero absoluto, emite energia na forma de ondas eletromagnéticas, a qual denominamos radiação térmica.
( ) O calor que sentimos ao aproximarmos mão de uma lâmpada incandescente é decorrência da radiação infravermelha emitida pelo filamento incandescente.
( ) Todos os objetos emitem radiação térmica como efeito de sua temperatura.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
a. F – V – V – F – V.
b. V – V – F – V – F.
c. F – F – V – V – V.
d. V – F – V – V – F.
e. V – F – V – V – V.
Questão 3.
As ondas eletromagnéticas viajam em linha reta, com seus campos elétrico e magnético perpendiculares ao fluxo de energia, conforme observamos na Figura a seguir.
 Com relação ao contexto avalie as afirmativas a seguir:
I. A energia luminosa propaga na forma de ondas eletromagnéticas.
II. Os campos elétrico e magnético são perpendiculares entre si e ambos oscilam numa determinada frequência.
III. A velocidade das ondas eletromagnéticas dependem do meio onde se propagam, sendo no vácuo na velocidade da luz.
IV. A radiação infravermelha é notada por sua ação calórica.
V. O som é uma onda eletromagnética.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
a. Apenas as afirmativas I, II, III e V estão corretas.
b. Apenas as afirmativas II, III, IV e V estão corretas.
c. Apenas as afirmativas I, II, IV e V estão corretas.
d. Apenas as afirmativas I, II, III e IV estão corretas.
e. Apenas as afirmativas III, IV e V estão corretas.
Atividade de Aprendizagem - Unidade 4 - Seção 1
Questão 1.
Constante solar (Jo) é um valor que expressa a densidade de fluxo de radiação (energia ⁄ área.tempo) acima da atmosfera, em uma superfície perpendicular aos raios solares, (ver Figura abaixo). O raio do Sol é 6,96.108 m, a temperatura na sua superfície é de 5800 K e a Terra encontra-se a uma distância de 1,5.1011 m.
Calcular a energia que o Sol emite por segundo (potência) e, também, a constante solar Jo.
 
Assinale a alternativa que apresenta corretamente estas grandezas.
Resposta Correta:
Questão 2.
Os coletores solares são utilizados para transformação da energia solar em energia térmica através do aquecimento da água. São constituídos por um conjunto de chapas metálicas de cobre ou alumínio, conhecidas como aletas, revestidas com tinta preta de alta absortividade da radiação solar. No coletor há uma tubulação por onde a água é transportada, e ele transfere o calor do sol para a água. A água aquecida é bombeada por tubos isolados até um reservatório térmico de armazenamento que não deixa a água esfriar.
 
Um coletor solar de placas planas, recebe uma radiação solar média 650 W/m2 durante 8 horas por dia.
Com relação ao contexto acima avalie as afirmativas a seguir.
I. A energia disponível, por unidade de área, por dia é de 1,872.107 J/m2.
II. A energia de fato disponível é 5,62.106 J/m2, pois a eficiência do coletor é de 30%.
III. Para aquecer 100 litros de água, de 25°C a 80°C, a energia necessária será de 2,30.107 J. Portanto, a área deste coletor deverá ser de 4,1 m2 para aquecer 100 litros de água.
IV. Absortividade de um corpo é a fração de energia radiante que ele emite. O somatório da absortividade, refletividade e transmissividade da superfície é sempre igual à unidade.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
a. Apenas as afirmativas I, II e III estão corretas.
b. Apenas a afirmativa III está correta.
c. Apenas as afirmativas I e IV estão corretas.
d. Apenas as afirmativas I, III e IV estão corretas.
e. Apenas as afirmativas II e IV estão corretas.
Questão 3.
Um corpo, seja qual for sua temperatura, sempre emite radiações eletromagnéticas, e estas por estarem associadas com temperatura em que o corpo está, são habitualmente denominadas de radiações térmicas. Para a pesquisa e análise das radiações emitidas foi idealizado o hipotético corpo negro. O modelo mais simples de um corpo negro é o de uma pequena abertura num objeto oco conforme a Figura.
Com relação ao contexto avalie as afirmativas a seguir:
I. O corpo negro absorve toda radiação que incide sobre ele.
II. O corpo negro é um emissor perfeito de radiação.
III. A refletividade do corpo negro é nula.
IV. O corpo negro pode ter cor quando a reflexão de radiação eletromagnética.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
a. Apenas as afirmativas II e IV estão corretas.
b. Apenas as afirmativas I e IV estão corretas.
c. Apenas a afirmativa III está correta.
d. Apenas as afirmativas I, III e IV estão corretas.
e. Apenas as afirmativas I, II e III estão corretas.
Atividade Diagnóstica - Unidade 4 - Seção 2
Questão 1.
Duas placas grandes de metal A e B estão paralelas e separadas por uma distância de 50 mm uma da outra, sendo, respectivamente, a temperatura da placa A igual a 427°C, e da B igual a 127°C.
Com relação ao contexto acima avalie as afirmativas a seguir:
I. Se houver entre as placas meio material ocorre troca de calor por radiação.
II. Se houver vácuo entre as placas ocorre troca de calor por radiação.
III. A posição relativa entre as placas não é relevante para a troca de calor por radiação.
IV. Se as duas placas estivessem com a mesma temperatura, mesmo assim, haveria troca de calor.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
a. As afirmativas I, II, III e IV estão corretas.
b. Apenas as afirmativas II, III e IV estão corretas.
c. Apenas a afirmativa III está correta.
d. Apenas as afirmativas I, III e IV estão corretas.
e. Apenas as afirmativas I, II e IV estão corretas.
Questão 2.
Na transferência de calor de radiação entre duas superfícies ou mais, existe a correlação relevante das geometrias e orientações das superfícies, assim como, também, de suas propriedades radiantes e temperaturas.
Com relação ao contexto acima avalie as afirmativas a seguir:
I. As características geométricas na troca de calor radiante entre duas superfícies é dada pelo fator de forma.
II. O fator forma não depende da temperatura das superfícies.
III. Se dois corpos iguais estiverem à mesma temperatura não há troca de calor por radiação.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
a. Apenas as afirmativas I e II estão corretas.
b. Apenas a afirmativa III está correta.
c. As afirmativas I, II e III estão corretas.
d. Apenas as afirmativas I e III estão corretas.
e. Apenas as afirmativas II e III estão corretas.
Questão 3.
Para descrever a troca de calor pelaradiação, o conceito de corpo negro é utilizado como padrão.
As asserções referem-se a transferência da energia térmica por radiação. Analise as afirmativas a seguir e assinale V para verdadeiro e F para falso.
( ) Um corpo negro absorve toda a radiação incidente.
( ) Dados temperatura e comprimento de onda, nenhuma superfície pode emitir mais energia do que um corpo negro.
( ) O corpo negro é um emissor difuso.
( ) O Corpo Negro é um objeto real que fornece os limites da radiação emitida e absorvida pela matéria.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
a. F – V – V – V.
b. F – F – V – V.
c. V – F – V – V.
d. V – V – F – V.
e. V – V – V – F.
Atividade de Aprendizagem - Unidade 4 - Seção 2
Questão 1.
A radiação é a energia emitida pela matéria sob a forma de ondas eletromagnéticas como resultado das mudanças nas condições eletrônicas dos átomos ou moléculas (MODEST, 2003). Em termos de transferência de calor, a radiação se difere muito dos mecanismos condução e convecção. A troca de calor por radiação entre corpos depende da orientação entre eles, das suas propriedades de radiação e da temperatura.
Na Figura representamos a orientação entre duas superfícies e necessitamos do valor do fator de forma para elaboração de um projeto de iluminação.
Assinale a alternativa que contenha o valor correto dos fatores de forma.
a. Os valores são 1 e 0,31.
b. O valor é 0,031 para as duas superfícies.
c. Os valores são 0,031 e 0,027
d. Os valores são 1 e 3,1.
e. O valor é 1 para as duas superfícies.
Questão 2.
Um tanque atmosférico em aço inoxidável, ASTM A304, com as características geométricas representadas na Figura, será utilizado no processo de evaporação e cristalização na produção de açúcar. O processo de fabricação adota trocas de calor por radiação, e nas recomendações de projeto o tampo deve ser mantido a 400 K, o costado 300 K e o fundo em 200 K.
 Realizar as contas em função de π
Determinar os fatores de forma das superfícies do tanque.
Resposta Correta:
Questão 3.
O fator de forma é um recurso importante para os estudos que envolvem radiação térmica, pois ele possibilita quantificar as trocas de energia que acontecem entre superfícies.
Com relação ao contexto acima avalie as afirmativas a seguir:
I. A radiação entre dois corpos independe da orientação dos mesmo, mas sim das suas propriedades radioativas e da temperatura na qual ocorrem as trocas de calor.
II. Fator de forma nada mais é que, uma grandeza geométrica que representa a fração de radiação que deixa uma superfície e atinge outra superfície diretamente.
III. A troca de calor pode ser definida como a energia em trânsito entre duas ou mais superfícies devido a diferença de temperatura.
IV. A radiação térmica é emitida por todo corpo que está acima do zero absoluto.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
a. Apenas as afirmativas I e IV estão corretas.
b. Apenas as afirmativas II, III e IV estão corretas.
c. Apenas a afirmativa III está correta.
d. Apenas as afirmativas I, III e IV estão corretas.
e. As afirmativas I, II, III e IV estão corretas.
Atividade Diagnóstica - Unidade 4 - Seção 3
Questão 1.
Entende-se por transferência de massa, o transporte de um componente de uma região de alta concentração para outra de baixa concentração, conforme está representado na figura. O mecanismo da transferência de massa depende da dinâmica da mistura no qual ocorre.
Com relação ao contexto acima avalie as afirmativas a seguir:
I. O gradiente de concentração de uma espécie em uma mistura fornece o potencial determinante para o transporte de massa daquela espécie.
II. O termo transferência de massa não pode ser aplicado quando o ar for induzido por um ventilador.
III. O transporte de massa ocorre somente em gases e líquidos, sendo inexequível nos sólidos.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
a. As afirmativas I, II e III estão corretas.
b. Apenas as afirmativas I e III estão corretas.
c. Apenas as afirmativas I e II estão corretas.
d. Apenas as afirmativas II e III estão corretas.
e. Apenas a afirmativa III está correta.
Questão 2.
A difusão pode ser definida como um mecanismo pelo qual a matéria é transportada através da matéria. Os átomos dentro de um material, em uma determinada temperatura, apresentam diferentes níveis de energia. E estão em pleno repouso quando a temperatura for igual ao zero absoluto (0 K ou -273°C) e, a medida que ocorre esta elevação, o movimento atômico torna-se mais intenso.
Com relação ao contexto avalie as afirmativas a seguir:
I. A uma temperatura específica uma pequena fração do número total de átomos é capaz de realizar movimentos por difusão em virtude de suas energias vibracionais.
II. O número de átomos capaz de realizar movimentos por difusão aumenta com a elevação da temperatura, pois suas energias vibracionais intensificam.
III. O número de espaços livres nos arranjos atômicos aumenta com a elevação da temperatura.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
a. Apenas a afirmativa III está correta.
b. Apenas as afirmativas I e III estão corretas.
c. Apenas as afirmativas I e II estão corretas.
d. Apenas as afirmativas II e III estão corretas.
e. As afirmativas I, II e III estão corretas.
Questão 3.
Regida por diferentes mecanismos e manifestando-se com relevâncias bastante distintas, a transferência de massa por difusão ocorre no interior de sólidos, líquidos e gases.
Complete as lacunas do texto a seguir.
A difusão está associada ao transporte de ____________ que ocorre em um sistema quando nele existe um ____________ de concentração química. Uma gota de tinta que se dilui na água, é um exemplo de difusão no interior de um ____________. O odor de um perfume que se espalha por uma sala, é um exemplo de difusão no interior de um ____________.
Assinale a alternativa que preencha corretamente as lacunas.
a. calor/ equilíbrio/ gás/ líquido.
b. massa/ equilíbrio/ líquido/ líquido.
c. massa/ gradiente/ líquido/ gás.
d. massa/ equilíbrio/ gás/ líquido.
e. calor/ gradiente/ líquido/ gás.
Atividade de Aprendizagem - Unidade 4 - Seção 3
Questão 1.
O mecanismo de transferência de massa depende da dinâmica da mistura no qual ocorre, que pode ser o movimento randômico de um fluido em repouso ou a superfície de um fluido em movimento. Ambos os tipos de transferência de massa são análogos aos de transferência de calor.
Observe o quadro a seguir e faça a associação da condição dinâmica do fluido, que consta na coluna A, com a característica de transferência de massa da coluna B, e a sua analogia com a transferência de calor da coluna C.
 Assinale a alternativa que apresenta a associação correta entre as colunas.
a. I – 1 – B e II – 2 – A.
b. II – 1 – C e I – 2 – B.
c. I – 2 – C e II – 1 – A.
d. I – 2 – B e II – 1 – A.
e. II – 2 – A e I – 1 – B.
Questão 2.
Uma das aplicações mais recorrentes dos reservatórios esféricos na indústria é na armazenagem de fluidos com gradiente de temperatura. Como obtemos valores maiores na relação (volume / superfície) para a esfera, os fluxos e perdas de calor serão menores.
Um tanque esférico em níquel, com 5 m de diâmetro externo e 5 cm espessura da parede, armazena gás hidrogênio pressurizado a 360 K. A concentração molar do hidrogênio na superfície interna em níquel é de 0,085 kmol/m3. A concentração de hidrogênio no níquel da superfície externa é reduzida e deverá ser desprezada, e o coeficiente de difusão binária do hidrogênio no níquel é 1,2x10-12 m2/s à temperatura de 360 K.
 
Calcular a vazão mássica de hidrogênio por difusão pelas paredes do reservatório e após selecione a alternativa correta.
a. 1,85*10-9 kmol/s.
b. 6,35 kmol/s.
c. 1,57*10-10 kmol/s.
d. 1,57 kmol/s.
e. 6,35*10-10 kmol/s.
Questão 3.
Neste século o gás natural passou a assumir um papel de protagonista na matriz energética internacional. Assim, a análise das formasde distribuição por gasodutos é matéria relevante, pois a presença da difusão dos gases em metais, e suas ligas, nos impõe realizar uma avaliação técnica segura. Um gasoduto com 3 m de diâmetro interno, e espessura da parede igual a 1 cm, transporta e distribui gás natural. A linha está pressurizada e a concentração mássica do hidrogênio na superfície interna é de 1,55x10-6 kmol/m3. É necessário determinar a taxa máxima de perda de hidrogênio (kmol/h) ao longo de 100 m do gasoduto a 293 K de temperatura, sendo a difusividade do gás hidrogênio em aço carbono igual a 2,9x10-13 m2/s.
 
Assinale a alternativa com o valor correto.
a. 4,25*10-14 kmol/s.
b. 1,53 kmol/h.
c. 4,25*10-14 kmol/h.
d. 1,53*10-10 kmol/s.
e. 1,53*10-10 kmol/h.
Avaliação da Unidade
Questão 1.
O Fator de forma é definido como a fração de radiação que sai da superfície e incide diretamente sobre outra superfície, ou sobre ela mesmo. Ele depende apenas da configuração geométrica, sendo desconsideradas a temperatura e as propriedades das superfícies em questão. Estabeleça a correlação entre os valores dos fatores de forma relacionados a seguir com as imagens.
Fatores de Forma
I - (F = 0);
II - (0 < F < 1);
III - (F=1),
onde F é o fator de forma.
Superfícies e indicação da incidência da radiação eletromagnética.
Assinale a alternativa que apresenta a associação correta.
a. A – II; B – I; C – I; D - III.
b. A – I; B – II; C – III; D - I.
c. A – III; B – I; C – I; D - II.
d. A – II; B – III; C – I; D - I.
e. A – II; B – I; C – III; D – I.
Questão 2.
A nitretação por plasma é um processo de tratamento térmico em metais que consiste no endurecimento superficial pela incorporação de nitrogênio formando uma camada de nitretos na superfície do material. Este endurecimento superficial tende a aumentar a resistência à corrosão, ao desgaste, fadiga e ao processo de erosão por cavitação, um evento recorrente em turbinas hidráulicas e hélices de navio.
Uma chapa de aço com 2,0 mm de espessura é colocada em uma atmosfera de nitrogênio a 1200°C para estabelecer um estado de difusão no regime estacionário. A difusividade mássica do nitrogênio no aço a esta temperatura é de 6x10-11 m2/s e o fluxo mássico de difusão é de 1,3x10-7 kg/m2.s. A concentração de nitrogênio no lado A da chapa de aço é de 4 kg/m3, e sua pressão é superior ao lado B. Determinar a distância sob a superfície do lado A onde pode-se medir uma concentração de 1,5 kg/m3, e, também, determinar o sentido em ocorre a difusão, conforme a representação da figura a seguir.
 
Equação da Lei de Fick da Difusão
Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
a. 1,15 mm e o sentido da difusão é de B para A.
b. 1,15 mm e o sentido da difusão é de A para B.
c. 1,15 m e o sentido da difusão é de A para B.
d. 1,15 m e o sentido da difusão é de B para A.
e. 0,115 mm e o sentido da difusão é de A para B.
Questão 3.
Um composto gasoso, à pressão de 1 atm e temperatura de 373 K, possui a seguinte composição em fração molar: CO (34%); H2O (22%) e N2O (44%). Se as velocidades absolutas de cada substância são, respectivamente, iguais a 20 cm/s, 5 cm/s e 10 cm/s.
Dados:
Determine o valor da soma dos fluxos molares de cada substância do composto gasoso e assinale a alternativa que apresenta a resposta correta:
a. 5,248.
b. 3,307.
c. 12,3.
d. 0 (zero).
e. 8,556.
Questão 4.
Transferência de massa é massa em trânsito como resultado da diferença de concentração de uma espécie em uma mistura. Analise as afirmativas a seguir e assinale V para verdadeiro e F para falso.
( ) O sentido da difusão sempre ocorre do meio mais concentrado para o menos concentrado.
( ) Se o regime da difusão é estacionário o perfil de concentração é linear e deve-se aplicar a 1º Lei de Fick, analise a figura.
( ) A efusão é um vazamento dos gases através de pequenos orifícios, e isso é um exemplo de difusão.
( ) Os gases expelidos pela chaminé dissipam-se no ar, e isso é um exemplo de difusão.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
a. V – V – F – V.
b. V – F – V – V.
c. F – F – V – V.
d. V – V – V – F.
e. F – V – V – V.
Questão 5.
Existem relações matemáticas que envolvem o fator de forma e auxiliam na determinação desse parâmetro em situações que compreendem várias superfícies de um sistema geométrico. São elas: relação de reciprocidade e a regra da soma.
As afirmativa referem-se troca de radiação entre superfícies. Analise as afirmativas a seguir e assinale V para verdadeiro e F para falso.
( ) O fator de forma é definido como a fração da radiação que deixa uma superfície e é interceptada por outra superfície, e que em algumas disposições poderá ser a mesma.
( ) A relação de reciprocidade é útil na determinação de um fator de forma a partir do conhecimento do outro.
( ) A regra da soma é consequência da exigência da conservação de que toda radiação deixando uma superfície deve ser interceptada por superfícies do mesmo sistema.
( ) Na determinação do fator de forma a temperatura e as propriedades das superfícies em questão são fundamentos relevantes.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
a. F – V – V – V.
b. F – F – V – V.
c. V – V – V – F.
d. V – F – V – V.
e. V – V – F – V.