Questões de Concurso sobre Transferência de Calor (Condução, Convecção e Radiação)

Considere um forno cujo ambiente interno deve ser mantido a 308 °C, com coeficiente de convecção natural de 10 W/m²K. A parede do forno possui uma área total de 5 m² e é composta por duas chapas metálicas de 10 mm de espessura, com condutividade térmica de 50 W/mK recheadas com um material isolante de 20 mm de espessura e condutividade térmica de 1 W/m²K. O ambiente externo está a uma temperatura de 20 °C, com um coeficiente convectivo forçado de 50 W/m²K. A transferência de calor por radiação pode ser desprezada. As expressões de calor utilizando o conceito fundamental de resistências térmicas, a lei de Fourier e a Lei do resfriamento de Newton são:

𝒒=𝑼𝑨𝚫𝑻∴𝑼= $\frac{1}{\frac{1}{h_1}+\Sigma \left(\frac{L}{K}\right)+\frac{1}{h_2}}$; 𝒒=−𝒌𝑨 $\frac{\mathbf{d}\mathbf{T}}{\mathbf{d}\mathbf{x}}$ (𝑭𝒐𝒖𝒓𝒊𝒆𝒓) 𝒆 𝒒=𝒉𝑨𝚫𝑻 (Newton)

Assinale a alternativa que indica o calor transferido aproximado e a temperatura aproximada da parede externa.

Um tanque fechado tem volume de 10 m³ e nele estão contidos 2 m³ de líquido saturado e 8 m³ de vapor saturado, a 1 MPa. Transfere-se 250 x 10³ kJ de calor ao tanque até que este contenha apenas vapor saturado.

Sabendo-se que a energia interna no estado inicial é igual a 65 x 10³ kJ, conclui-se que o trabalho realizado, em kJ, vale

A respeito da termodinâmica e fenômenos de transferência, analise as afirmações abaixo, marque V para verdadeiro e F para falso e, em seguida, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:

( ) A temperatura é a propriedade que governa a transferência de calor entre dois sistemas.

( ) Quando dois sistemas, que se encontram inicialmente a temperaturas diferentes, são postos em contato térmico entre si, há um fluxo de calor do sistema mais frio para o sistema mais quente até que se estabeleça o equilíbrio térmico.

( ) Em termodinâmica, o termo equilíbrio tem o significado de presença de mudança: as propriedades físicas macroscópicas de um sistema em equilíbrio assumem valores inconstantes no tempo.

( ) Equilíbrio termodinâmico implica, além de equilíbrio térmico, equilíbrio mecânico (ausência de movimento relativo, no nível macroscópico, entre partes do sistema) e equilíbrio químico (a constituição química do sistema ou de cada uma de suas partes é constante no tempo).

Trocadores de calor são equipamentos em que dois fluidos com temperaturas diferentes trocam calor através de uma interface metálica. Esta troca térmica é empregada para atender as necessidades do processo para haver ou não mudança de fase dos fluidos envolvidos. Podemos afirmar que é uma das características de um dos modelos de trocador de calor:

Considere uma parede construída para fins de estudos acadêmicos, de acordo com a figura ao lado.

Foram utilizadas duas chapas de materiais diferentes e colocadas justapostas. O coeficiente de condutibilidade térmica da primeira chapa é dado por K1 e o da segunda chapa, por K2 e ambas são iguais. A espessura da primeira chapa é dada por d1 e a da segunda chapa, por d2 e ambas são iguais. Cada uma das chapas está exposta a diferentes temperaturas externas, dado T1 como sendo a temperatura em contato com a primeira chapa e T2 como sendo a temperatura do ambiente onde se encontra a segunda chapa, e ambas são mantidas constantes.

Sabendo-se que possuem a relação T1> T2, a temperatura na superfície de interface entre as duas chapas é de

Uma amostra de 2,4 g de dióxido de carbono se expande reversível e adiabaticamente de uma temperatura inicial de 278 K e volume inicial de 1,0 L até o volume final de 2,0 L. C_V,m (CO₂)= 28,80 JK-1mol^-1 , de acordo com a primeira lei da termodinâmica, qual é a temperatura ao final do processo de expansão?

A Figura abaixo ilustra a distribuição de temperatura em um trocador de calor no qual o fluido quente possui uma taxa de capacidade calorífica, C_q, muito maior do que a do fluido frio, dada por C_f. Essa é uma condição especial conhecida, na qual um trocador de calor pode ser operado. Nessa condição, a temperatura do fluido quente permanece aproximadamente constante ao longo do trocador, enquanto a temperatura do fluido frio aumenta.

A mesma condição é alcançada se o fluido quente for um

Você analisou uma câmara frigorífica instalada em um ambiente onde a temperatura é de 27 °C (300 K) e o coeficiente de película do meio circundante exterior é 0,40 W/m²K. Sabe-se que a temperatura do interior da câmara frigorífica é − 3 °C (270 K) com coeficiente de película 4,0 W/m²K. As paredes são constituídas de duas chapas de aço com 1 mm de espessura K = 10,0 W/m K entre as quais se injeta espuma de poliuretano K = 0,040 W/m K. Nestas circunstâncias, a espessura da espuma de forma que a temperatura da face externa do refrigerador seja igual a 12 °C (285 K) para que não ocorra condensação de água do lado de fora do refrigerador é aproximadamente

Você deve especificar a área de troca térmica de um trocador à placas. Sabe-se que irá trabalhar com vapor à 420 °C o qual deverá ser resfriado até 120 °C. A pressão de trabalho do vapor é 6000 kPa. A vazão do vapor é de 25 kg/s e o calor específico médio é 2000 J/kg K e o coeficiente de película do vapor é 2000 W/m²K. Utilizar-se-á água como meio refrigerante com uma temperatura de entrada de 20 °C e 70 °C de saída. Considerar o calor específico da água 4000 J/kg K. Nestas circunstâncias, é correto afirmar que

Qualquer ____________ mantido a uma dada temperatura perde calor por meio da radiação ________________ emitida por ele.

Assinale a alternativa que preenche correta e respectivamente as lacunas:

Lúcio trabalha em uma empresa que utiliza um forno que opera continuamente. A temperatura da face metálica externa é 80 °C (353 K); a temperatura ambiente é 30 ºC (303 K) e o coeficiente de película (coeficiente convectivo) do meio ambiente é 10 W/m2K. Lúcio propôs à administração instalar um isolante (K = 0,050 W/mK) na face externa do forno, para reduzir as perdas térmicas e determinou a espessura da camada de isolante para que a energia perdida para o meio exterior seja 90% menor do que na condição original (sem isolante). Considerando que a temperatura da face metálica externa (antes do isolante) seja ainda de 80 °C e o da face externa do isolante seja 40 °C, então a espessura do isolante é, em m,

Analise os itens a seguir:

1 - A condução envolve a transferência de energia entre as moléculas dentro de um corpo, por contato físico. A transferência pode ser alcançada pelo contato entre corpos, podendo ser dois sólidos, ou fluidos, ou um de cada.

2 - A convecção envolve a transferência de energia térmica dentro de um fluido, por meio de uma ação de mistura. Pode ocorrer, naturalmente, por diferença de densidade ou por interferência de um agente externo.

3 - A radiação envolve a transferência de energia radiante entre dois corpos separados. Esta transferência não requer um meio contínuo. É propagada por ondas, de todos os corpos, em todas as direções. É inversamente proporcional à área, ao tipo de superfície, e diretamente proporcional à diferença de temperatura absoluta entre as superfícies.

4 - A razão de eficiência energética indica a eficiência de uma máquina frigorífica, relacionando o Efeito Frigorífico (EF) produzido e o Trabalho de Compressão (w) dispendido.

5 - A condução através de um corpo depende da área, da condutividade térmica, da espessura e da diferença de temperatura.

Estão corretos os itens

Define-se energia térmica (ou calor) como sendo energia em trânsito - em sólidos, líquidos e gases - que ocorre única e exclusivamente devido à diferença de temperaturas.

Sobre os mecanismos típicos de transferência, é correto afirmar que

Via de regra, cilindros contendo gás devem ser armazenados em locais protegidos do sol. Se um cilindro de gás for retirado da sombra e deixado exposto ao sol, espera-se que

Duas correntes líquidas escoam em lados opostos de uma placa de aço. Uma das correntes consiste em água a 90°C e, a outra, em água a 20°C.

Os principais mecanismos de transferência de calor que ocorrem nas correntes líquidas e no aço são

O material da figura abaixo apresenta a superfície interna com temperatura de 45ºC, e a superfície externa com temperatura de 30ºC. O material possui 50 cm de espessura e condutividade térmica de 0,8 W/m.ºC. Qual a taxa de transferência de calor por condução para uma área de 1m² desse material?

Sobre o processo de transferência de calor por radiação, analise as afirmativas abaixo:

I - A radiação emitida por um corpo negro é função do comprimento de onda, da temperatura e da direção.

II - Na distribuição de Planck a radiação emitida varia continuamente com o comprimento de onda.

III - Pela distribuição de Planck a radiação de corpo negro depende unicamente da temperatura.

Está CORRETO apenas o que se afirma em: