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

A figura abaixo representa o processo de transferência de calor para uma edificação. A energia solar (Q₁) incidente sobre o solo provoca o seu aquecimento e, conseqüentemente, um movimento de ascensão do ar (distante da edificação) com velocidade V₁. Este movimento de ascensão causa uma zona de baixa pressão, o que origina um vento horizontal com velocidade V₂.

Quando se analisa o processo de transferência de calor entre o ambiente externo e a parede da edificação (volume de controle tracejado), é correto afirmar que os mecanismos de transferência de calor são:

Os purgadores de vapor são dispositivos automáticos que separam e eliminam o condensado formado nas tubulações de vapor e aparelhos de aquecimento, sem deixar escapar o vapor. São dispositivos de separação mais importantes e de emprego mais comum em tubulações industriais. Com relação às principais características dos purgadores de vapor, pode-se afirmar que o purgador de:

A figura abaixo representa um trocador de calor de tubos concêntricos de escoamento paralelo. Uma vazão mássica m₁ de fluido quente (calor específico constante cp₁) entra no tubo interno do trocador de calor com temperatura T₁ e sai com temperatura T₂. No tubo externo, uma vazão mássica m₃ de fluido frio (calor específico constante cp₃) entra no trocador de calor com temperatura T₃ e sai com temperatura T₄. A área de troca de calor é A e o coeficiente global de transferência de calor é U. Considere as várias equações propostas para o cálculo da taxa de transferência de calor Q:

Assinale a alternativa correta:

Analise as seguintes afirmações e assinale a alternativa correta:

I - Os trocadores de calor são classificados de acordo com o arranjo do escoamento e tipo de construção. Uma classe especial de trocadores de calor procura utilizar uma área de superfície de transferência de calor por unidade de volumes muito baixos, conhecidos como trocadores de calor compactos, que possuem arranjos densos de tubos aletados ou placas.

II - Nos trocadores de calor mais simples, os fluidos quentes e frios se movem no mesmo sentido ou em sentidos opostos em uma construção de tubos concêntricos.

III- Os trocadores de calor de correntes cruzadas existem em duas configurações que se diferem pelo fato de o fluido que escoa pelo lado externo dos tubos se encontra misturado ou não. Estar misturado significa que as aletas inibem o movimento do fluido externo em uma direção transversal à direção do escoamento principal.

IV-Na configuração casco e tubo, as formas específicas diferem pelo número de passes no casco e tubo . Chicanas são normalmente instaladas para aumentar o coeficiente de convecção do fluido do lado do casco.

Sobre um trocador de calor empregado para refrigeração de equipamentos e máquinas é correto afirmar que:

Uma placa com geração de calor interna, , submetida a temperaturas diferentes em cada uma das suas superfícies, para condições estacionárias e unidirecionais, resulta no perfil de temperatura descrito de forma geral pela equação .

A troca de calor pela radiação é um mecanismo que não está associado aos processos formulados pela mecânica dos meios contínuos, visto que essa troca de calor envolve a propagação de energia por ondas eletromagnéticas.

A convecção está associada ao transporte de energia em fluidos em movimento, a partir de uma diferença de temperatura no interior do fluido.

A segunda limitação é que a DTML assume que o coeficiente de transferência de calor global U seja constante ao longo de todo o trocador de calor, o que não pode ser assumido no projeto de trocadores de calor nos quais U varie continuamente ao longo do sistema (por exemplo, grandes trocadores industriais com configuração casco-tubo).

Um material combustível é compactado a L=3 metros de espessura e em seguida armazenado em um depósito apropriado de segurança máxima (ver figura abaixo para detalhes).

A taxa de geração interna de calor na pilha de material provocada por reações químicas entre as partículas que compõem o material e os gases atmosféricos é igual a 20 Watts/m³ . A temperatura no ambiente de armazenamento é 20 °C e o coeficiente de transferência de calor por convecção h na superfície externa (interface material-ambiente) é igual a 4 W/m² K. Admitindo que o processo de transferência de calor é unidimensional e que o regime é permanente, a temperatura na superfície superior da pilha do material, em graus Celsius, tem o valor de

A figura a seguir mostra a seção transversal de um duto longo revestido com material isolante de condutividade térmica constante k. A camada de isolamento possui espessura e = b - a. A superfície externa do duto está exposta ao ar ambiente que se encontra a uma temperatura enquanto a superfície interna está exposta a um fluido frio a uma tempera- tura O coeficiente de transferência de calor por convecção ao redor do tubo é h. A dependência das resistências térmicas (por unidade de comprimento do duto) à condução, R_cond, e à convecção, R_conv, com relação à espessura e da camada isolante é mostrada na figura.

Sob a hipótese de regime permanente e considerando que a transferência de calor ocorre apenas na direção radial, julgue os itens a seguir.

I. À variação da espessura do material isolante estão associados dois efeitos concorrentes: a redução da taxa de transferência de calor por condução com a adição de material isolante e o aumento da taxa de transferência de calor por convecção devido ao aumento da área superficial externa.

II. A partir do gráfico, pode-se concluir que existe uma espessura crítica que maximiza a resistência térmica total à transferência de calor.

III. Para o caso representado no gráfico existe uma espessura crítica tal que a taxa de transferência de calor é máxima.

IV. O comportamento das resistências térmicas do sistema ilustrado no gráfico sugere que existe uma pequena faixa de valores de "e" em que a taxa com que o calor é transmitido ao fluido frio é maior do que aquela observada quando o duto não possui qualquer isolamento.

V. O aumento do coeficiente h de troca de calor por convecção faz com que a intersecção das curvas de R_cond e R_conv ocorra para maiores

A convecção foi formulada por Newton para o resfriamento de uma superfície aquecida e relaciona linearmente o fluxo de calor com a diferença de temperatura, introduzindo como parâmetro de proporcionalidade o coeficiente de troca convectiva h. Essa relação, no entanto, só é aplicável a convecção forçada.

O calor conduzido através de uma parede de aço inoxidável (k = 17 W/m.K) com 4 mm de espessura, cujas superfícies estão a 400 ºC e 100 ºC, é igual a 1.725 kW/m².

A vazão do fluido não influencia o fluxo de calor.

Se uma placa de aço a 100 ºC estiver em frente a uma parede de tijolo a 500 ºC e o fluxo de calor entre as duas placas for de 9.573 W/m², o coeficiente de transferência de calor radiativo, h_g, será igual a 24 W/m².K.

O processo de transferência de calor por convecção natural associa-se ao movimento de fluidos devido às forças de empuxo.

Em trocas de calor pela radiação, o calor é proporcional à diferença das quartas potências das temperaturas, expressas necessariamente, em kelvins.