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Questões de Concurso sobre Transferência de Calor (Condução, Convecção e Radiação)
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Em um sistema de resfriamento, a transferência de calor é realizada por convecção forçada. Assinale a alternativa que apresenta a ação que aumentaria o coeficiente de transferência de calor por convecção.
A
Reduzir a área de superfície de contato
B
Aumentar a velocidade do fluido
C
Diminuir a temperatura do fluido
D
Aumentar a viscosidade do fluido
A convecção natural é um processo de transferência de calor que ocorre em um fluido devido a gradientes de massa específica causados por gradientes de temperatura.
C
Certo
E
Errado
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.
A
As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
B
A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
C
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
D
A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
E
As asserções I e II são proposições falsas.
O calor pode ser transmitido de várias maneiras. Relacione as três formas de transferência de calor listadas a seguir, com suas respectivas descrições.
1. Condução
2. Convecção
3. Radiação
( ) transferência da energia emitida por uma matéria sob forma de ondas eletromagnéticas.
( ) transferência de energia através das interações entre as partículas.
( ) transferência de energia tanto por difusão como por movimento global do fluido.
Assinale a opção que indica a relação correta, na ordem apresentada.
A
1 – 3 – 2.
B
2 – 1 – 3.
C
2 – 3 – 1.
D
3 – 1 – 2.
E
3 – 2 – 1.
Durante um processo de aquecimento, uma chapa de metal com área de superfície de 0,5 m² é aquecida a uma temperatura de 200°C. Se a chapa é exposta a um ambiente com temperatura constante de 50°C e o coeficiente de transferência de calor convectivo é de 100 W/m²K, qual é a taxa de transferência de calor da chapa para o ambiente?
A
7.500 W.
B
10.000 W.
C
12.500 W.
D
15.000 W.
E
17.500 W.
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
As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
B
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
C
A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
D
A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
E
As asserções I e II são proposições falsas.
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
0,8.
B
1,6.
C
2,4.
D
3,2.
E
4,8.
Para resguardar a integridade de um sensor eletrônico de um fluxo de calor externo da ordem de 100 W/cm2 , um projetista optou por encapsulá-lo com um escudo térmico ablativo com espessura de 2 cm. A estimativa do fluxo térmico interno para o sensor é de 0,2 W/cm2 . O material ablativo tem massa específica igual a 1.200 kg/m3 e entalpia de vaporização de 200 kJ/kg.
Com base na situação apresentada, é correto afirmar que o tempo de resistência do escudo térmico, mantidas as condições operacionais elencadas, será de até
A
15 segundos.
B
12,5 segundos.
C
10 segundos.
D
7,5 segundos.
E
5,0 segundos.
Um trocador de calor é um dispositivo construído para transferir energia térmica de um fluido para outro. Com relação ao projeto de trocadores e considerando LMTD como a diferença de temperatura média logarítmica e NTU como o número de unidades de transferência, assinale a opção correta.
A
No método NTU, o calor trocado é inferido a partir da máxima troca de calor possível, multiplicado pela efetividade do processo e, para o método LMTD, a troca de calor é função inversa da diferença de temperatura média logarítmica.
B
Os métodos LMTD e NTU são adequados para a maioria das aplicações práticas e, embora distintos na formulação, são algebricamente semelhantes.
C
O método LMTD é adequado para se projetarem trocadores de calor de fluxo paralelo apenas, na medida em que o decaimento da temperatura do fluido quente é acompanhado pelo correspondente aumento da temperatura do fluido frio ao longo do trocador.
D
A efetividade de um trocador de calor em termos do número de unidades de transferência tem pouca dependência com a configuração do trocador de calor e sua operação.
E
Dada a dificuldade de se formular uma diferença de temperatura média logarítmica para trocadores do tipo fluxo cruzado, o método LMTD não pode ser aplicado no projeto desse tipo de equipamento.
Mesmo no vácuo, onde não há partículas, a transferência de calor ainda pode acontecer, garantindo assim que a energia térmica se propague. Nesse sentido, a propagação de calor no vácuo ocorre por:
A
convecção.
B
condução.
C
irradiação.
D
difusão.
Duas barras metálicas isoladas, A e B, cada uma com 6,0 cm de comprimento e seção quadrada de 2,0 cm de lado, estão calçadas entre duas paredes; uma mantida a 90 °C e a outra a 0°C, conforme desenho a seguir. Sendo k a condutividade térmica, determine a corrente térmica total por meio da combinação das duas barras.
Dados:
kA = 300 W/m.K
kB = 375 W/m.K
Fonte: IFSP, 2024.
A
20 W
B
81 W
C
100 W
D
405 W
Com relação à transmissão de calor, associe os métodos apresentados na coluna à esquerda com as suas respectivas descrições na coluna à direita.
(1) Condução | ( ) Processo pelo qual o calor é transferido entre átomos e/ou moléculas vizinhas em uma substância devido a um gradiente de temperatura. |
(2) Convecção | ( ) Processo pelo qual o calor é transferido de um corpo em razão de sua temperatura, sem o auxílio de qualquer meio intermediário. |
(3) Radiação | ( ) Processo pelo qual o calor é transferido de um lugar para outro, pelo deslocamento de meio material, através de correntes que se estabelecem no interior do meio. |
A sequência correta é
A
1 – 2 – 3.
B
1 – 3 – 2.
C
2 – 1 – 3.
D
2 – 3 – 1.
E
3 – 1 – 2.
Considere um setup de testes, instrumentado para medir diversos canais de temperaturas em diversos pontos de um equipamento sob teste, instalado dentro de uma câmara de simulação espacial. Durante os testes, a câmara estará em alto vácuo e a temperatura de suas paredes será mantida por volta de -196°C.
Nesse caso, os arquitetos térmicos, que acompanham os testes, deverão estar atentos às trocas de calor
A
por radiação, apenas.
B
por radiação, predominantemente, mas também por condução.
C
por condução, por convecção e por radiação, com predominância dessa última.
D
por convecção e por radiação, com predominância dessa última.
E
por convecção em menor grau e por condução em maior grau.
Os fenômenos de transferência de calor podem ser divididos em três grupos: condução, convecção e radiação. Para estes grupos, tanto as condições de contorno quanto a modelagem dos casos são diferentes para cada fenômeno.
Um exemplo desses fenômenos pode ser encontrado
A
na composição Sol e Terra, onde há transmissão de calor por condução.
B
em aletas, onde a dissipação de calor ocorre por convecção e condução.
C
no manto terrestre, onde ocorre troca de calor principalmente por condução
D
no aquecimento de água dentro de uma panela, ocorrendo troca de calor principalmente por radiação.
E
no calor transmitido por uma fogueira, que ocorre por condução.
Ano:
2024
Prova:
SSPM - Marinha - Técnico - Área: Mecânica - 2024
Uma barra de aço de 10 kg e temperatura de 300 ºC é mergulhada em um reservatório com 5 L de água com temperatura de 25 ºC. Considerando desprezíveis as trocas de calor com o ambiente extremo, a temperatura da água após.a barra de aço entrar em equilíbrio com a água será de:
Dados: Calor específico do aço = 0,5 kJ/(kg.K); densidade do aço = 8000 kg/m³, e
calor específico da água = 4 kJ(kg.K) e densidade da água = 1000 kgim³.
A
60 ºC
B
70 ºC
C
80 ºC
D
90 ºC
E
100 ºC
Uma janela de vidro tem coeficiente de condução kv = 1,5 W / (m.K) com espessura de 8 cm. A janela tem 1,2 m de largura e 0,8 m de comprimento. Sabendo que as temperaturas interna e externa são de Ti= 25 ºC e Te = -15 ºC, respectivamente, determine a taxa de transferência de calor através da janela.
A
720 W.
B
750 W.
C
180 W.
D
360 W.
E
576 W.
Uma configuração comum para trocadores de calor é o de casco e tubos. Formas específicas desse tipo de trocador de calor diferem de acordo com os números de passes no casco e o nos tubos. Com relação a esse trocador de calor, assinale a alternativa correta.
A
Geralmente, são instaladas chicanas para diminuir o coeficiente de condução no fluido no lado do casco, induzindo turbulência e um componente de velocidade na direção do escoamento cruzado
B
Geralmente, são instaladas chicanas para aumentar o coeficiente convectivo no fluido no lado do casco, induzindo turbulência e um componente de velocidade na direção do escoamento cruzado
C
Geralmente, são instaladas chicanas para aumentar o coeficiente de condução no fluido no lado do casco, induzindo turbulência e um componente de velocidade na direção do escoamento cruzado
D
Geralmente, são instaladas chicanas para aumentar o coeficiente convectivo no fluido nos tubos, induzindo turbulência e um componente de velocidade na direção do escoamento cruzado
E
Geralmente, são instaladas chicanas para diminuir o coeficiente convectivo no fluido nos tubos, induzindo turbulência e um componente de velocidade na direção do escoamento cruzado
Transferência de calor é a energia térmica em trânsito devido à uma diferença de temperaturas, podendo ocorrer de três modos: condução, convecção e radiação. Em relação a esses modos é correto afirmar.
A
A condução refere-se à transferência de calor que ocorre entre uma superfície e um fluido em movimento quando eles estiverem em diferentes temperaturas
B
A convecção refere-se à transferência de calor que ocorre através do meio e está associada as atividades atômicas e moleculares
C
A radiação térmica refere-se à transferência de calor que ocorre através do meio e está associada as atividades atômicas e moleculares
D
A convecção refere-se à transferência de calor entre superfícies com temperatura não nula, nas quais emitem energia na forma de ondas eletromagnéticas
E
A condução refere-se à transferência de calor que ocorre através do meio e está associada as atividades atômicas e moleculares
Considere uma liga binária de dois metais que forma um diagrama de equilíbrio eutético. Se a liga é resfriada lentamente a partir da fase líquida até abaixo da temperatura eutética, assinale a alternativa que apresenta a microestrutura resultante.
A
A microestrutura será composta por uma única fase sólida
B
A microestrutura será composta por duas fases sólidas distintas
C
A microestrutura será composta por uma mistura de fases líquida e sólida
D
A microestrutura será composta por uma fase amorfa
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