Questões de Concurso Sobre transferência de calor (condução, convecção e radiação) em engenharia mecânica

Um tubo de parede grossa de aço inoxidável, com 10 cm de diâmetro interno e com espessura de 5 cm, é revestido com uma camada de material isolante com espessura igual a 2 cm. Se a temperatura da parede interna do tubo é mantida a 400ºC e a superfície externa do isolamento a 200°C, a perda de calor por metro de comprimento do tubo, considerando que o coeficiente de condução térmica do aço é igual a 20W/m°C e o do material isolante é igual a 0,1W/m°C, vale, aproximadamente, Dados de apoio: ln(2) ≈ 0.7; ln(3) ≈ 1.1; ln(4) ≈ 1.4; ln(10) ≈ 2.3; π ≈ 3 

Durante a operação de um trocador de calor, um depósito gradual ocorre na superfície de transferência de calor, afetando o seu desempenho. Uma consequência da incrustação é:

Muitas vezes é possível observar semelhanças entre seres e projetos de engenharia. Por um certo tempo, os cientistas pensavam que as placas do stegosaurus eram uma espécie de armadura para proteger o vegetariano dos predadores. Sabe-se agora que o sangue fluía através das placas, e elas podem ter agido como um radiador de carro. O elemento mecânico com função similar às placas do stegosaurus é a:

O modo de transferência de calor relacionado à lei do resfriamento de Newton é a:

Após a leitura do enunciado apresentado a seguir, identifique a afirmação correta:

Quando estudamos os fenômenos de transferência de calor, o fluxo de energia que resulta do processo de transferência de calor por condução em um sólido é proporcional à diferença de temperatura à qual está submetido e à área transversal por onde o calor é transmitido, e inversamente proporcional ao comprimento percorrido, como pode ser verificado pela equação abaixo.

No Sistema Internacional de unidades (SI) a condutividade térmica [k] é expressa em:

Após a leitura do enunciado apresentado a seguir, identifique a afirmação correta:

Em um sistema, quando um gás realiza um processo reversível no qual há transferência de calor, o processo normalmente ocorre de tal forma que a curva log P versus log V é representado em uma linha reta. Para tal processo “PVn= constante” este processo é chamado de:

Num laboratório de transmissão (ou transferência) de calor, uma experiência deverá ser desenvolvida para estudos sobre convecção forçada. Basicamente, os ensaios serão executados gerando-se fluxos de ar e de água sobre objetos quentes. Entre o ponto de injeção de fluido e o corpo quente, deverão ser medidas as velocidades dos fluidos, tanto para água quanto para ar, independentemente. É correto afirmar que, para as medições com ar e água, respectivamente, haveria coerência se as medidas das velocidades fossem feitas utilizando-se

Considere uma parede de espessura 20cm e condutividade térmica de 2 W/m.K. A parede separa o ar de uma sala a 25ºC do ar externo a –15ºC. O coeficiente de convecção do ar interno é de 10 W/m².K, e o do externo 100 W/m².K. Desprezando os efeitos de radiação, a perda de calor através da parede por unidade de área é:

Para descrever a troca de calor pela radiação, o conceito de corpo negro é utilizado como referência. Sobre o corpo negro, considere as afirmações:

I. Um corpo negro absorve toda a radiação incidente em função do comprimento de onda.

II. Para uma temperatura e comprimento de onda dados, nenhuma superfície pode emitir mais energia do que um corpo negro.

III. O corpo negro é um emissor difuso.

IV. Nenhuma superfície tem precisamente as propriedades do corpo negro.

Estão corretas:

Uma máquina térmica recebe 100 MW de energia por transferência de calor e rejeita calor a uma taxa de 33 MW para uma fonte fria. A eficiência da máquina térmica é:

O processo de troca de calor entre dois fluidos que estão a diferentes temperaturas e se encontram separados por uma parede sólida ocorre em muitas aplicações da engenharia. O equipamento usado para implementar essa troca é conhecido por trocador de calor. Uma configuração comum é o trocador de calor casco e tubos. Em alguns deles são instaladas chicanas com a função de:

Com respeito a trocadores de calor, analise as afirmativas a seguir:

I. Um trocador de calor se caracteriza por transferir calor de um fluido para o outro, sob temperaturas diferentes, podendo ou não ser misturados, com intuito de arrefecer ou aquecer um determinado fluido.

II. Os trocadores de calor são projetados para maximizar a área de superfície da parede entre os dois fluidos, enquanto minimiza a resistência ao fluxo do fluido através do trocador com intuito de aumentar eficiência.

III. As aletas são usadas em toda área da tubulação para aumentar a troca de calor, construídas em materiais de excelente condutibilidade térmica e acarretam em um aumento drástico da pressão de entrada e saída.

IV. Em trocadores de calor contracorrente os fluidos entram no trocador em lados opostos, é mais eficiente, e os fluidos fluem aproximadamente perpendiculares entre si através do trocador.

Assinale:

Uma barra livre de alumínio está em uma temperatura inicial de 300 K e muda-se para 330 K. Sabe-se que as propriedades do alumínio são: o módulo de elasticidade 70 GPa, o coeficiente de Poisson 0,3, coeficiente de dilatação térmica linear 24.10^-6 °C, tensão de escoamento 50 MPa e tensão de ruptura 220 MPa.

Pede-se determinar a deformação e a tensão longitudinais, respectivamente.

Em uma instalação de refrigeração do óleo hidráulico, que aciona um pistão para movimentar um elevador de passageiros, utiliza-se um trocador de calor multitubular horizontal instalado em um espaço pequeno e de difícil acesso. Tem-se observado o vazamento de óleo hidráulico pelos flanges de sua carcaça que dificilmente poderá ser reparado devido à idade do trocador. O óleo hidráulico, que é inflamável, ingressa a 260 °C e deixa o equipamento a 50 °C. A pressão de ingresso do óleo hidráulico é de 5000 kPa. Utiliza-se água para o resfriamento do óleo hidráulico. Com o vazamento do óleo hidráulico há o risco iminente de incêndio. Encontrou-se a oportunidade imediata de substituir este trocador de calor por um trocador por placas, sem custo de aquisição algum. Foi efetuada a análise da capacidade de troca térmica deste novo trocador e ele tem uma capacidade maior do que a requerida, e além disso: 

I. Ocuparia uma área para sua instalação menor do que aquela que se encontra em operação.

II. Trabalharia com uma perda de carga menor do que a atual.

III. O atual sistema de gaxetas empregadas no trocador por placas é compatível com o óleo hidráulico.

IV. Não foi detectado problema de estanqueidade entre as placas do trocador por placas.

V. As bitolas de conexão de entrada e saída dos fluídos do trocador por placas são perfeitamente compatíveis com as conexões do atual trocador utilizado.

VI. O material das placas de troca térmica é perfeitamente compatível com os fluídos em questão.

A partir das informações disponibilizadas:

Dois ambientes que possuem, respectivamente, coeficiente de película hi e ho e temperaturas Ti e To (Ti > To) estão separados por uma parede plana conforme ilustrado abaixo. 

                                            

Cada elemento j, que constitui a parede tem condutividade térmica Kj e área de troca térmica Aj . As camadas têm espessura a, b e c, respectivamente, conforme ilustrado. A potência térmica trocada entre os meios externos pode ser calculada por: 

                                        Q = U.A (Ti - To ) = U.A5 (Ti - To )

onde U é o coeficiente global de troca térmica dado por: