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

Um conjunto cilindro-pistão contém 3 kg de água a 120 °C. Calor é transferido à água até que ela atinja 140 °C. A energia interna do estado inicial corresponde a u1 = 1.010 kJ/kg e a do estado final corresponde a u₂ = 2.560 kJ/kg. Considerando- se que o trabalho realizado vale 300 kJ, o calor transferido nesse processo, em kJ, é dado por

Um tubo cujo diâmetro externo é de 2,2 cm deve ser isolado com uma camada de um material de condutividade térmica igual a 0,18 W/(m.°C). O coeficiente de transferência convectiva de calor da superfície do isolante para o ar ambiente é de 12 W/(m2.°C). O raio crítico de isolamento e a espessura crítica de isolamento, em cm, são, respectivamente,

Na Termodinâmica, são mecanismos da transferência de calor:

Um duto cilíndrico de raio interno r precisa ser recoberto com um isolante. Sabendo-se que o coeficiente de transferência de calor é h e que a condutividade térmica do isolante é k, para que valor da espessura de isolamento reduz-se a perda de calor?

O mecanismo de transferência de calor entre o fluido e a superfície de um duto, quando há diferença de temperaturas entre o fluido e a superfície do duto, para um sistema onde o fluxo é induzido artificialmente por uma bomba, é conhecido como

Uma máquina térmica devido a problemas de isolamento e excesso de atrito gera um rendimento de 10%. A quantidade de calor para fornecer um trabalho de 10.000 J é:

Sobre trocadores de calor, analise as afirmativas abaixo.

I - A formação de depósitos no interior dos tubos de um trocador de calor diminui o seu rendimento térmico, sendo essa formação retardada se o fluido escoar em baixas velocidades.

II - O refervedor (reboiler) é um tipo de trocador de calor cujo objetivo é vaporizar um líquido e, usualmente, opera em conjunto com torres de processamento que vaporizam seus produtos de fundo.

III - Em um trocador de calor do tipo casco e tubo, recomenda- se fazer com que a corrente de maior pressão escoe pelo lado do tubo, pois o casco possui menor resistência em função de seu maior diâmetro.

Está correto o que se afirma em

Sobre o processo de transmissão de calor por convecção, analise as afirmativas a seguir.

I - O número de Nusselt assintótico para o problema de convecção forçada interna laminar, em um tubo submetido a um fluxo de calor uniforme na sua superfície, independe do número de Reynolds e do número de Prandtl.

II - O número de Rayleigh é um parâmetro importante para a avaliação do coeficiente de troca de calor por convecção livre e é determinado como sendo o produto do número de Grashof pelo quadrado do número de Prandtl.

III - A determinação do coeficiente de troca de calor por convecção forçada é feita com o auxílio do gradiente de temperatura junto a uma superfície sólida, sendo que esse gradiente é mais elevado em um escoamento turbulento do que em um escoamento laminar.

Está correto o que se afirma em

Considerando o processo de transmissão de calor por radiação, tem-se que

Considere as afirmativas abaixo referentes à transmissão de calor por condução.

I - Problemas em condução transiente podem ser modelados através do procedimento conhecido como método da capacitância global, válido para as situações que envolvem número de Biot baixo.

II - O raio crítico de isolamento é um parâmetro importante para o dimensionamento de isolantes em sistemas radiais, e sua determinação envolve o conhecimento do coeficiente de filme externo, a condutividade térmica do isolante e os raios interno e externo do tubo.

III - Aletas são empregadas para o aumento da transferência de calor em uma determinada superfície, sendo as aletas planas de perfil retangular mais eficientes do que as de perfil triangular.

Está correto APENAS o que se afirma em

Duas chapas de 30 e 24 mm de espessura e condutividades térmicas respectivamente iguais a 100 e 60 W/m °C são colocadas em contato. As temperaturas das extremidades livres referentes à primeira e à segunda chapa valem 300 e 100 °C, e a resistência térmica de contato é avaliada em 10^-4 m² °C/W. Empregando as ideias referentes ao circuito térmico de condução, a taxa de transferência de calor, em kW/m², e a queda de temperatura no plano de contato, em °C, valem, respectivamente,

Assinale a afirmativa correta:

Se o sistema vai de um estado de equilíbrio inicial i para outro estado de equilíbrio final, por dois caminhos diferentes, para cada caminho ele terá um valor de (Q) e (W) específico. Neste caso, Q é definido como:

Um reservatório metálico de óleo combustível contém óleo quente internamente e na parte externa de sua parede vertical ar atmosférico.

A respeito das trocas de calor por condução e por convecção, é correto afirmar que, analisando-se a

A convecção pode ser classificada como convecção natural (ou livre) ou forçada, dependendo de como o movimento do fluido é iniciado. Na convecção forçada, o fluido é forçado a escoar sobre a superfície ou dentro de um tubo por meios externos, como bomba ou ventilador. Na convecção natural, qualquer movimento do fluido é causado por meios naturais, como o efeito empuxo, que se manifesta com fluidos quentes subindo e fluidos frios descendo. A experiência mostra que a transferência de calor por convecção depende fortemente das propriedades do fluido, como viscosidade dinâmica, condutividade térmica, densidade e calor específico, assim como da velocidade do fluido. Ela também depende da geometria e da rugosidade da superfície sólida, além do tipo de escoamento do fluido (modo laminar ou turbulento).

Considerando o texto apresentado, avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.

I. Todas as observações experimentais indicam que a temperatura do fluido é maior próximo à superfície do que nas camadas adjacentes do fluido.

PORQUE

II. O fluido, em contato direto com um sólido, “adere” à superfície por causa dos efeitos viscosos, atingindo repouso completo na superfície, onde não há escorregamento.

A respeito dessas asserções, assinale a opção CORRETA.

A determinação das taxas de transferência de calor de um sistema e, consequentemente, o tempo de aquecimento ou resfriamento e a variação de temperatura são os objetivos da transferência de calor. A termodinâmica trabalha com estados termodinâmicos em equilíbrio e transformações de um estado de equilíbrio para outro. A transferência de calor, por sua vez, trabalha com sistemas que não estão em equilíbrio térmico, pois são fenômenos de não equilíbrio termodinâmico. O estudo da transferência de calor não pode ser baseado apenas nos princípios da termodinâmica. A primeira lei estabelece que a taxa de energia transferida para um sistema deve ser igual à taxa de crescimento de sua energia.

Considerando o texto apresentado, avalie as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.

I. Quanto maior o gradiente de temperatura, maior a taxa de transferência de calor.

PORQUE

II. A taxa de calor transferido deve ser na direção da maior temperatura.

A respeito dessas asserções, assinale a opção CORRETA.

Condução é a transferência de energia das partículas mais energéticas de uma substância para partículas vizinhas adjacentes menos energéticas, como resultado da interação entre elas. A condução pode ocorrer em sólidos, líquidos ou gases e a sua taxa de transferência de calor é definida pela equação da figura abaixo. Em líquidos e gases, a condução deve-se às colisões das moléculas em seus movimentos aleatórios. Nos sólidos, ela acontece por causa da combinação das vibrações das moléculas em rede, e a energia é transportada por elétrons livres.

Considerando a condução de calor em regime permanente através de uma grande parede de espessura ∆𝑥 = 𝐿 e área 𝐴 e a equação da taxa de condução de calor, assinale a alternativa CORRETA:

A figura a seguir ilustra os escoamentos que ocorrem em um trocador de calor.

Esse trocador de calor é do tipo

Um forno industrial possui uma parede de 20cm de espessura, e temperaturas interna e externa de 1800 e 1200 graus Kelvin, respectivamente.
Sabendo-se, ao longo de duas horas, perdeu-se uma quantidade de 9,6kWh de calor por condução para cada metro quadrado dessa parede, a condutividade térmica do material da parede, em W/(m.K), vale

A figura a seguir mostra o diagrama Pressão-Volume (PV) de um ciclo de um motor.

Este diagrama configura um ciclo