Física Fenômenos de Transporte Atividade 4

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Usuário
	Yemanjá
	Curso
	GRA0741 FENÔMENOS DE TRANSPORTE 
	Teste
	ATIVIDADE 4 (A4)
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
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· Pergunta 1
1 em 1 pontos
	
	
	
	É preciso prever o arrasto aerodinâmico de um automóvel esportivo. Essa previsão deve ser feita a 50 km/h com temperatura de 25ºC. Assim, engenheiros automotivos desenvolveram um túnel de vento para testar um protótipo modelado em uma escala 1 : 4, conforme a figura a seguir. Esse túnel de vento está localizado em um prédio sem aquecimento. A temperatura do ar nesse túnel é de 5ºC.
 
Fonte: Çengel e Cimbala (2007, p. 240).
 
 
Sabe-se que o modelo é geometricamente similar ao protótipo. Além disso, é similar ao ar em relação à pressão atmosférica e a temperatura é igual a 25 ºC. Com isso, temos   = 1,1849 kg/m 3 e   = 1,89 x 10 -5 kg/m.s. Equivalentemente, temos uma temperatura T = 5 ºC,   = 1,269 kg/m 3 e   = 1,754 x 10 -5 kg/m.s. Nesse sentido, a velocidade do vento que os engenheiros devem colocar no túnel para atingir a similaridade entre o modelo e o protótipo deverá ser um número entre:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
101 e 200 km/h.
	Resposta Correta:
	 
101 e 200 km/h.
	Feedback da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois existe somente uma função  independente, ou seja, a equação da similaridade será válida se  = , em que devemos utilizar o número de Reynolds para obtermos a similaridade. Então, temos que = Re m
=   = = Re p
= . Assim, podemos resolver essa equação isolando a velocidade desconhecida no túnel de vento para os testes do modelo, V m. Desse modo, a equação será igual a V m = V p   = 50 x  x  x 4 = 177,02 km/h.
	
	
	
· Pergunta 2
1 em 1 pontos
	
	
	
	Leia o excerto a seguir.
 
“A Lei de Fourier é oriunda da observação fenomenológica, ou seja, ela foi desenvolvida a partir de fenômenos observados: a generalização de evidências experimentais exaustivas, ao invés da dedução a partir de princípios gerais. Essa lei define a propriedade do material que se denomina condutividade térmica”.
MORAN, M. J. et al. Introdução à Engenharia de Sistemas Térmicos : Termodinâmica, Mecânica dos fluidos e Transferência de calor. Rio de Janeiro: LTC, 2005. p. 402. 
Alguns valores tabelados dessa propriedade estão mostrados na seguinte figura:
Fonte: Moran et al. (2005, p. 402).
A respeito da condutividade térmica, analise as afirmativas a seguir e assinale V
para a(s) Verdadeira(s) e F para a(s) Falsa(s).
 
I. ( ) As maiores condutividades térmicas são apresentadas pelos metais puros.
II. ( ) O hidrogênio possui uma maior condutividade térmica do que o dióxido de carbono.
III. ( ) O mercúrio possui uma menor condutividade térmica do que a água.
IV. ( ) Os sólidos não metálicos apresentam menor condutividade térmica do que os gases.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
V, V, F, F.
	Resposta Correta:
	 
V, V, F, F.
	Feedback da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta. Realmente, as maiores condutividades térmicas são apresentadas pelo zinco e prata, que estão classificados no grupo dos metais puros. Enquanto a condutividade térmica do hidrogênio é de 0,1 W/m.K, a do dióxido de carbono é de 0,01 W/m.K, ou seja, ela é 10 vezes maior. A condutividade térmica do mercúrio é quase 10 vezes maior do que a água. Já os sólidos não metálicos apresentam uma condutividade térmica quase 100 vezes maior do que os gases.
	
	
	
· Pergunta 3
1 em 1 pontos
	
	
	
	Considere um escoamento que, antes, era utilizado com água a uma temperatura de 20ºC para escoar benzeno. A tubulação é horizontal, cilíndrica, de seção circular com o seguinte diâmetro: D = 150 mm. A água, nessa tubulação, escoava a uma velocidade de 3,2 m/s. Entre duas seções distantes uma da outra, equivalente a 20 m, a perda de pressão, quando o fluido era água, correspondia a 40 kPa. O benzeno será escoado a uma mesma temperatura a partir do mesmo conduto. Assim, objetiva-se ter a mesma perda de pressão entre as seções. Dados:  = 9,8 x 10 -4 N.s/m 2 ,  = 6,4 x 10 -4 N.s/m 2 , ambos a 20ºC. Acerca do exposto, a velocidade de escoamento do benzeno será um número entre:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
4,1 e 5 m/s.
 
 
 
 
 
 
 
	Resposta Correta:
	 
4,1 e 5 m/s.
 
 
 
 
 
 
 
	Feedback da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois o problema em pauta pode ser resolvido utilizando a teoria da semelhança. Como a tubulação será a mesma, a escala que devemos utilizar é 1 : 1. A relação entre a viscosidade do benzeno e da água será dada por = = 0,65. Para mantermos a mesma pressão de 40 kPa, temos que a velocidade deverá ser reduzida para V benzeno =  x V água
= 1,54 x 3,2 = 4,93 m/s.
	
	
	
· Pergunta 4
1 em 1 pontos
	
	
	
	Leia o excerto a seguir.
 
“A transferência de calor por convecção pode ser classificada de acordo com a natureza do escoamento do fluido em convecção forçada: quando o escoamento é causado por meios externos e convecção natural e quando o escoamento é originado a partir de diferenças de massas específicas causadas por variações de temperatura no fluido”.
BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa . 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019. p. 5.
 
Considerando o exposto, sobre transferência de calor por convecção, analise as afirmativas a seguir.
 
I. O escoamento de ar feito por um ventilador é um exemplo de convecção forçada.
II. A água aquecendo no fogo é um exemplo de convecção natural.
III. Os ventos que fazem um gerador eólico produzir energia são exemplos de convecção natural.
IV. A neve caindo em um dia de muito frio é um exemplo de convecção natural.
 
Está correto o que se afirma em:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
I, III e IV, apenas.
	Resposta Correta:
	 
I, III e IV, apenas.
	Feedback da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois processos envolvendo convecção forçada têm equipamentos envolvidos, como ventiladores e bombas. O fogo faz com que a convecção seja forçada. Assim, se a água se aquecesse, devido a uma temperatura ambiente, o processo seria natural. Os ventos são exemplos de convecção natural, assim como a formação da neve em função de baixas temperaturas.
	
	
	
· Pergunta 5
1 em 1 pontos
	
	
	
	Supõe-se curar (endurecer) o revestimento de uma obturação feita em um dente por meio da exposição dessa placa a uma lâmpada de infravermelho que fornece uma irradiação de 2.000 W/m 2 . Tal placa absorve 80% da irradiação proveniente da lâmpada e possui uma emissividade de 0,50. A temperatura da vizinhança é de 30 ºC e a tensão superficial é dada por   = 5,67 x 10 -8 W/m 2 . Sabe-se que não há transferência de calor na parte posterior da placa e o revestimento, ou seja, nesse caso, a convecção não estará presente. Diante do exposto, a temperatura da placa revestida é um número entre:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
201 e 300ºC.
	Resposta Correta:
	 
201 e 300ºC.
	Feedback da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois a temperatura do revestimento da placa pode ser determinada ao colocarmos uma superfície de controle em torno da superfície exposta, ou seja, = E entrada - E saída = 0. A entrada de energia é devido à absorção da irradiação da lâmpada e à transferência líquida por radiação para a vizinhança, logo, E entrada = 80% de 2.000 W/m 2 = 1.600 W/m 2. Essa energia deve ser igual a    ( ). Logo 1.600 = 0,5 x 5,67 x 10 -8 ( ). Dessa forma, temos que 564 x 10 8 = . Logo T s
= 504,67 K ou 231,67 ºC.
	
	
	
· Pergunta 6
1 em 1 pontos
	
	
	
	Uma garrafa térmica de café pode ser estudada por analogia como um recipiente completamente fechado, cheio de café quente, colocado em um volume de controle cujo ar e parede estão a uma temperatura fixa, conforme se ilustra na figura a seguir. As várias formas de transferência de calor foram denominadas pela letra q n seguida de um subíndice n= 1 até 8.
 
 
Fonte: Moran et al. (2005, p. 396). 
 
Com base no exposto, sobre transferênciade calor, analise as afirmativas a seguir.
 
I. Q 2
representa o processo de condução por meio do frasco de plástico.
II. Q 8
está representando a troca de calor por radiação entre a superfície externa da cobertura e a vizinhança.
III. Q 1
está representando a convecção do café para o frasco de plástico.
IV. Q 6
está representando a convecção livre.
 
Está correto o que se afirma em:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
I, II e III, apenas.
	Resposta Correta:
	 
I, II e III, apenas.
	Feedback da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois o processo envolvendo Q 2 é, realmente, a condução devido à diferença de temperatura da superfície do frasco em contato com o café e a temperatura ambiente externa. A radiação ocorrerá entre a superfície ambiente e a cobertura e está corretamente representada por Q 8. O processo de convecção do café para o frasco plástico está corretamente representado por Q 1. Q 6
representa, todavia, o processo de condução por meio da cobertura.
	
	
	
· Pergunta 7
1 em 1 pontos
	
	
	
	Leia o excerto a seguir.
 
“Em face da revolução da tecnologia da informação nas últimas décadas, um forte aumento da produtividade industrial trouxe uma melhoria na qualidade de vida ao redor do mundo. Muitas descobertas importantes na tecnologia da informação vêm sendo viabilizadas por avanços na engenharia térmica que garantiam o controle preciso de temperatura em sistemas abrangendo desde tamanhos de nanoescala, em circuitos integrados, até grandes centrais de dados repletas de equipamentos que dissipam calor”.
BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa . 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2019. p. 24.
 
Considerando o exposto, sobre energia térmica, analise as afirmativas a seguir.
 
I. Melhorias em circuitos impressos permitem que eles se tornem menores, mesmo dissipando mais energia térmica.
II. Nós já atingimos o máximo da capacidade de processamento de um microchip por causa da capacidade térmica de dissipação de calor.
III. Grandes equipamentos computacionais precisam de salas refrigeradas para garantir uma boa dissipação térmica.
IV. A incorreta dissipação térmica de um componente pode levar à sua queima quando em funcionamento.
 
Está correto o que se afirma em:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
I, III e IV, apenas.
	Resposta Correta:
	 
I, III e IV, apenas.
	Feedback da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois avanços na engenharia térmica permitiram melhorias em circuitos impressos, ou seja, eles são mais potentes, mesmo dissipando mais energia térmica. Ainda não atingimos o máximo da capacidade de processamento de um microchip. Isso sempre é possível se aumentar a capacidade de processamento. Assim, essa barreira ainda está longe de ser alcançada. Grandes computadores precisam de salas refrigeradas para garantir uma dissipação térmica eficiente. Se um equipamento não dissipar sua energia térmica de uma maneira eficiente, a sua temperatura interna irá aumentar e esse fato pode provocar a queima do equipamento.
	
	
	
· Pergunta 8
1 em 1 pontos
	
	
	
	Leia o excerto a seguir.
 
“O poder do uso da análise dimensional e da similaridade para suplementar a análise experimental pode ser ilustrado pelo fato de que os valores reais dos parâmetros dimensionais, como densidade ou velocidade, são irrelevantes. Desde que os  ’s independentes sejam iguais entre si, a similaridade é atingida, mesmo que sejam usados fluidos diferentes”.
 
ÇENGEL, Y.; CIMBALA, J. M. Mecânica dos Fluidos : Fundamentos e Aplicações. São Paulo: Mc Graw Hill Editora, 2007. p. 242.
 
A partir do exposto, sobre a teoria da similaridade, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
 
I. Pode-se testar um modelo de avião ou automóvel em um túnel de água.
Pois:
II. Se os  ’s independentes obtidos no teste foram iguais entre si, o fluido não importa.
 
A seguir, assinale a alternativa correta.
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
	Resposta Correta:
	 
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
	Feedback da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois
a asserção I é uma proposição verdadeira, já que a água que escoa sobre o protótipo tem as mesmas propriedades adimensionais do ar, fluido da vida real do automóvel ou do avião. A asserção II também é uma proposição verdadeira e justifica a I, pois a velocidade do modelo e a do protótipo podem ser obtidas pela teoria da semelhança. Esse princípio também é válido para o modelo inverso, ou seja, podemos testar o protótipo de um submarino em um túnel de vento.
	
	
	
· Pergunta 9
1 em 1 pontos
	
	
	
	O problema da falta de acesso de água potável foi estudado por vários pesquisadores. Nesse contexto, um projeto vem se destacando por limpar a água de cisternas somente com a utilização da luz solar. As cisternas captam a água da chuva por meio de tubulações que utilizam telhados e calhas e, ao tomarem contato com esses elementos, verifica-se que a água limpa da chuva se contamina com os resíduos de poluição presentes nessas edificações. O processo para limpeza da água da cisterna consiste em expor à intensa luz solar, por meio de um recipiente de alumínio, a água captada pela cisterna. Como o semiárido nordestino apresenta um intenso índice de radiação solar, essa radiação purifica a água, eliminando a sujeira que poderia ter.
 
Referente ao exposto, sobre o uso da luz solar para purificar a água, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
 
I. Esse processo funciona devido à luz solar que pode ser utilizada para purificar a água.  
Pois:
II. Quando expomos essa água à luz solar, ela se aquece devido à radiação emitida pelo sol.
 
A seguir, assinale a alternativa correta.
 
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
	Resposta Correta:
	 
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
	Feedback da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois
a asserção I é uma proposição verdadeira, já que o processo de purificação da água realmente funciona, visto que há pesquisadores que já conquistaram vários prêmios. A asserção II também é uma proposição verdadeira e justifica a I, pois a luz solar aquece a água, purificando-a devido à intensa radiação solar presente na região semiárida.
	
	
	
· Pergunta 10
1 em 1 pontos
	
	
	
	Leia o excerto a seguir.
 
“A velocidade necessária no modelo também pode ser reduzida se a escala de comprimento não for pequena, ou seja, se o modelo for relativamente grande. A seção de teste para grandes modelos também é grande e isso provoca o aumento dos custos do túnel de vento”.
 
MUNSON, B. R.; YOUNG, D. F.; OKIISHI, T. H. Fundamentos da Mecânica dos Fluidos . São Paulo: Edgard Blucher, 2004. p. 377.
 
 
Considerando o exposto, sobre os parâmetros utilizados em modelos para estudos de escoamentos, analise as afirmativas a seguir.
 
I. É possível utilizar o modelo para estudar as características de escoamentos de corpos totalmente imersos em fluidos.
II. Nesses estudos, é necessário manter a semelhança geométrica entre o protótipo e o modelo.
III. Um dos critérios utilizados é o número de Reynolds, o qual deve ser igual no modelo e no protótipo.
IV. O número de Weber é importante para escoamentos em torno de corpos imersos.
 
Está correto o que se afirma em:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
I, II e III, apenas.
	Resposta Correta:
	 
I, II e III, apenas.
	Feedback da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois o estudo adimensional e a teoria da semelhança podem fornecer dados para estudarmos as características de escoamentos em torno de corpos totalmente imersos em um fluido. Nesse tipo de estudo, é necessário mantermos a semelhança geométrica e a do número de Reynolds. O número de Weber pode ser desprezado,porque, nesse tipo de escoamento, os efeitos da tensão superficial, os quais fazem parte do cálculo do número de Weber, não são importantes.