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

Uma parede é composta de argamassa, bloco cerâmico e argamassa. As resistências térmicas destas camadas são 0,025 m²·K/W, 0,2 m²·K/W e 0,025 m²·K/W, respectivamente; e a soma das resistências térmicas superficiais, externa e interna, é de 0,15 m²·K/W. Pode-se afirmar para esta parede que:

O termo advecção é usado para fazer referência ao transporte de energia cumulativo de um fluido na presença de um gradiente de temperatura, enquanto o termo convecção é usado para fazer referência ao transporte de energia devido ao movimento global do fluido.

Em trocadores de calor, o valor da resistência térmica por fator de deposição/incrustração depende da temperatura de operação, da velocidade do fluido e do tempo de serviço do trocador de calor.

Na condução de calor, o fluxo térmico na direção de transferência é igual ao produto do gradiente de temperatura nessa mesma direção pela condutividade térmica; o sinal negativo no produto é uma consequência do fato de o calor ser transferido na direção da temperatura decrescente.

Um levantamento dos ganhos de calor no interior de um ambiente construído determinou ganhos simultâneos de 2,4 kW de calor sensível e 1,6 kW de calor latente devido às pessoas, 2 kW de calor sensível devido aos equipamentos elétricos, 1 kW de calor sensível devido à iluminação artificial e 3 kW de calor sensível devido à envoltória da edificação no instante de pico. Com base neste levantamento, é correto afirmar que:

No que se refere à condução de calor unidimensional e não transiente em sólidos com propriedades térmicas constantes, assinale a opção correta.

A figura precedente mostra, esquematicamente, o sistema de refrigeração de um supercomputador, cuja finalidade é resfriar os circuitos eletrônicos, os quais estão imersos em um fluido dielétrico especial. Esse fluido é bombeado em circuito fechado através do computador, de um trocador de calor do tipo casco e de tubos. Durante a operação normal, o calor gerado dentro do computador é transferido ao fluido dielétrico, que, ao passar pelo trocador de calor, o transfere para a água fria, que circula pelos tubos do trocador. Os parâmetros do sistema são os seguintes:

Fluido dielétrico:

– taxa de fluxo: ${\dot{m}}_f$ = 4,0 kg/s

– calor específico: $C_{pf}$ = 1300 J/kg.K;

– temperatura de entrada no trocador de calor: $T_{fe}$ = 25 °C

– temperatura de saída no trocador de calor: $T_{fs}$ = 15 °C

Água fria:

– taxa de fluxo:${\dot{m}}_A$ = 2,5 kg/s

– temperatura de entrada no trocador de calor: $T_{Ae}$ = 7 °C;

– calor específico da água fria: $C_{pA}$ = 4160 J/kg.K

Considerando os dados apresentados, é possível afirmar que a taxa de transferência de calor $\dot{Q}$ e a temperatura de saída da água fria $T_{As}$ no trocador de calor serão iguais, respectivamente, a

Na fase de carregamento de uma bateria, a intensidade da corrente elétrica é de 25 A, enquanto a tensão é mantida em 13 V. Durante esse processo, a taxa de transferência de calor da bateria é de 15 W. Assinale a alternativa correta correspondente à taxa de variação de energia interna da bateria.

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

Fonte: Incropera et al, “Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa”, pg. 425

Esse trocador de calor é do tipo

Diferentes aplicações de transferência de calor requerem tipos de dispositivos e configurações de equipamentos de transferência de calor. O tipo mais simples de trocador de calor é constituído por dois tubos concêntricos de diferentes diâmetros, chamado trocador de tubo duplo. Um fluido no trocador de calor de tubo duplo escoa através do tubo menor, enquanto o outro escoa através do espaço anular entre os dois tubos. Dois tipos de arranjo de escoamento são possíveis no trocador de calor de tubo duplo: o escoamento paralelo e o escoamento contracorrente.

Avalie as afirmativas que descrevem as características do trocador de calor de tubo duplo com escoamento contracorrente:

I. Os fluidos quente e frio entram no trocador de calor em extremos opostos e escoam em direção opostas.

II. A temperatura de saída do fluido frio pode exceder a temperatura de saída do fluido quente.

III. Em caso limite, o fluido frio será aquecido até a temperatura de entrada do fluido quente.

IV. A temperatura de saída do fluido frio pode exceder a temperatura de entrada do fluido quente.

Assinale a alternativa que descrevem características VERDADEIRAS do trocador de calor de tubo duplo com escoamento contracorrente:

“Em regime estacionário, o fluxo de calor por condução num material homogêneo é diretamente proporcional à área da seção transversal atravessada pelo calor e à diferença de temperatura entre os extremos, e inversamente proporcional à espessura da camada considerada.” (Ramalho Junior, 2009, p.129)

O enunciado acima diz respeito à:

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:

O NTU para o regenerador é superior a 4,0.

Considere a figura a seguir, que mostra os perfis de temperatura T normalizados de dois fluidos com mesmo calor específico em um trocador de calor de tubos concêntricos de fluxos opostos. Nesse caso, a taxa da capacidade térmica do fluido frio é cerca de metade da do fluido quente.

A figura abaixo mostra uma pessoa sentada à lareira.

https://baldaques.blogspot.com/2006/11/lareira

Nesse caso, o calor da lareira chega à pessoa através de um processo denominado:

Um fluxo de calor atravessa um metro quadrado de um cobertor de 3,3 cm de espessura, durante uma hora. A pele está a 33 ºC e o ambiente a 0°C. O coeficiente de condutibilidade térmica do cobertor é 0,0001 cal/s.cm.ºC. A opção que apresenta o valor do fluxo de calor é:

Na indústria de processamento de alimentos, um engenheiro precisa projetar um trocador de calor para resfriar um líquido comestível de 80°C para 30°C, sendo que esse líquido flui a uma taxa de 0,5 m³/h. O sistema de resfriamento disponível usa água que pode ser fornecida a uma temperatura de 10°C, mas a água não deve exceder 25°C após o processo de troca de calor para garantir eficiência. Considerando uma transferência de calor ideal e sem perda de massa, assinale a alternativa que apresenta a taxa mínima de fluxo de água necessária para o processo de resfriamento, assumindo que o calor específico do líquido comestível e da água é aproximadamente o mesmo.

O calor trocado por 40g de hélio numa transformação isobárica, sendo c_p = 1,25 cal/g.K o calor específico do hélio sob pressão constante, cuja variação de temperatura atingiu a 400K, corresponde a:

Os processos reversíveis são frequentemente usados como referência para a avaliação do desempenho de processos reais e para o estabelecimento de limites máximos para a eficiência de máquinas térmicas.

Uma janela de vidro é retangular e tem 3 m de largura, 1 m de altura e 5 mm de espessura. As temperaturas das superfícies interna e externa da janela são, respectivamente, 15°C e 5°C, sendo ambas constantes. Considerando que a condutividade térmica do vidro é de 1,4 W/(m.K), a perda de calor através da janela será de: