O conceito de camada limite é de extrema importância no escoamento dos fluidos, se incluído no âmbito da engenharia, fornecendo explicações físicas para o comportamento de escoamentos de fluidos como o ar ou a água.
Considerando um escoamento laminar de um fluido sobre uma placa plana, julgue as afirmativas a seguir:
I – A espessura da camada limite (e) é decrescente ao longo da placa plana.
II - A velocidade do fluido em contato com a superfície é sempre nula.
III - A camada limite fluidodinâmica é determinada pela manifestação das transferências de calor e massa entre a placa e o fluido.
IV - O retardamento da velocidade do fluido causado pela placa plana ocorre devido à tensão de cisalhamento entre o fluido e a placa.
É correto o que se afirma em:
ATIVIDADE 3
ATIVIDADE 3 - FENÔMENOS DE TRANSPORTE - 52_2024
1. Questão
Objetiva
A
✓ GABARITO OFICIAL
II e IV, apenas.
B
I e II, apenas.
C
III e IV, apenas.
D
II e III, apenas
E
I e III, apenas.
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2. Questão
Objetiva
A termodinâmica aborda a quantidade de calor que um sistema ganha ou perde durante um processo que o leva de um estado de equilíbrio para outro. Geralmente, a forma como essa troca de calor ocorre não é uma consideração primordial. Por outro lado, a transferência de calor concentra-se especificamente na taxa de transferência de calor de um processo, isto é, quanto tempo é necessário para que o calor seja trocado e quais são os parâmetros que influenciam essa troca.
Fonte: Yoshi, H.; Orgeda, R. Fenômenos de Transporte. Maringá-PR: Unicesumar, 2020.
Com relação aos fundamentos e mecanismos de transferência de calor, avalie as afirmações a seguir:
I. A transferência de calor por condução se dá através da interação entre partículas com maior e menor energia.
II. A condutividade de um determinado material depende de sua geometria e varia com a temperatura.
III. De acordo com a Lei de Fourier, a taxa de transferência de calor por condução em uma dimensão numa parede plana em regime permanente, sem a presença de geração de energia no interior da parede é diretamente proporcional à condutividade térmica, à área e à diferença de temperatura e inversamente proporcional à espessura da parede.
IV. A transferência de calor por convecção se dá pela transmissão de calor entre uma superfície e um fluído em movimento.
V. O coeficiente convectivo não é uma propriedade do fluido, pois, apesar de depender dela, ele também depende de outras variáveis, como a velocidade e o tipo de escoamento.
VI. A transferência de calor por radiação se dá pela transferência de calor sem contato na forma de ondas eletromagnéticas ou fótons.
É correto o que se afirma em:
A
I, II, III e V, apenas.
B
II, III, IV e VI, apenas.
C
I, II, IV, V e VI, apenas.
D
✓ GABARITO OFICIAL
I, III, IV, V e VI, apenas.
E
I, II, III, IV, V e VI.
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3. Questão
Objetiva
As leis de conservação são princípios fundamentais que afirmam que certas quantidades físicas, como massa, força e energia, permanecem constantes ao longo do tempo em um sistema isolado. Essas leis afirmam que tais propriedades não são criadas nem destruídas, apenas transformadas de uma forma para outra.
Fonte: Yoshi, H.; Orgeda, R. Fenômenos de Transporte. Maringá-PR: Unicesumar, 2020.
Neste contexto, considere o sistema representado na figura a seguir:
Fonte: Laboratório Virtual ALGETEC
O sistema ilustrado na figura retrata um tanque com um orifício pelo qual a água flui. Supondo que g=10 m/s2 e as perdas de carga são desprezíveis, avalie as afirmações a seguir:
I. Aplicando a equação de conservação de energia, pode-se determinar a velocidade teórica de saída da água pelo orifício.
II. A energia potencial gravitacional e a energia cinética do sistema podem ser igualadas no sistema apresentado na figura, uma vez que o atrito no sistema é desprezível.
III. Aplicando a equação de conservação de massa, pode-se determinar a altura da água no tanque.
IV. Aplicando a equação de conservação de Bernoulli, pode-se determinar a massa de água no tanque, mesmo sem se conhecer o diâmetro do tanque.
V. Se h=320 cm, a velocidade teórica de saída da água no orifício será 8 m/s.
VI. Se a velocidade teórica de saída da água no orifício for de 10 m/s, a altura da água no tanque será de 500 cm.
É correto o que se afirma em:
A
✓ GABARITO OFICIAL
I, II, V e VI, apenas.
B
I, II, IV e VI, apenas.
C
II, III, IV e V, apenas.
D
III, IV, V e VI, apenas.
E
I, II, III, IV, V e VI.
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4. Questão
Objetiva
Trocadores de calor são equipamentos que realizam a operação de troca térmica entre dois fluidos, possibilitando, por exemplo, o resfriamento e o aquecimento de fluidos. Nesta abordagem, os fluidos são separados por uma parede, na maioria dos casos, metálica.
Considere um trocador de calor tubo duplo operando em paralelo em que um fluido que entra a 110 °C e sai a 60 °C troque calor com outro fluido entrando a 5 °C e saindo a 45 °C. Nesse cenário, qual é média logarítmica das diferenças de temperatura ao longo do equipamento (MLDT).
Considere um trocador de calor tubo duplo operando em paralelo em que um fluido que entra a 110 °C e sai a 60 °C troque calor com outro fluido entrando a 5 °C e saindo a 45 °C. Nesse cenário, qual é média logarítmica das diferenças de temperatura ao longo do equipamento (MLDT).
A
40,62 °C
B
✓ GABARITO OFICIAL
46,25 °C
C
49,45 °C
D
55,75 °C
E
59,86 °C
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5. Questão
Objetiva
“Para que haja troca térmica, é necessário ter diferença de temperatura entre os dois fluidos. Assim, um equipamento de troca térmica envolve um fluido quente (aquele que fornece calor) e um fluido frio (aquele que recebe calor). Apesar de parecer óbvio, isto tem implicações significantes no desempenho energético de um processo, pois o calor pode ser recuperado”.
Fonte: YOSHI, H.; ORGEDA, R. Fenômenos de Transporte. Maringá: UniCesumar, 2020. p. 298.
Você, como engenheiro(a) de uma indústria, deparou-se com a seguinte situação: o processo pelo qual você é responsável gera duas correntes, denominadas A e B. A corrente A precisa ser resfriada, e a corrente B precisa ser aquecida.
A respeito da situação apresentada, analise as afirmativas a seguir:
I. Pode-se realizar uma integração energética no processo, de modo que a corrente A seja o fluido quente e, portanto, retirará calor da corrente B, que seria o fluido frio.
II. No caso das correntes A e B serem utilizadas em um trocador de calor para trocar energia entre si, o arranjo contracorrente seria a melhor opção, uma vez que a força motriz do processo de troca térmica apresentaria a menor variação ao longo do trocador.
III. A troca térmica poderia ser realizada em um trocador de calor e, ao invés de se utilizar um vapor de aquecimento ou água de resfriamento, as correntes A e B poderiam ser utilizados, gerando uma economia no processo.
IV. Se o fluido B for aquecido até evaporar, o trocador de calor pode ser chamado de evaporador e a troca térmica ocorrida no trocador de calor dependerá somente do calor latente, já que o calor sensível não estará envolvido no processo.
V. Em um trocador de calor, a transferência de calor ocorre por meio da condução nos fluidos em escoamento e na convecção na parede do trocador.
É correto o que se afirma em:
A
✓ GABARITO OFICIAL
II e III, apenas.
B
I e III, apenas.
C
II, III e IV, apenas.
D
I, III, IV e V, apenas.
E
I, II, IV e V, apenas.
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6. Questão
Objetiva
O diclorometano é um líquido utilizado como solvente industrial, matéria-prima na produção de outros produtos químicos, agente de expansão de plásticos espuma, desengordurante na limpeza de metais, removedor de tinta, solvente na expansão de isolantes térmicos, solvente na agricultura, preparador de medicamentos e expansor de isolantes térmicos de aparelhos de ar-condicionado e geladeiras. Além de causar irritações, pode ser absorvido pela pele. Deve-se usar luvas de proteção quando manipular qualquer produto que apresente diclorometano em sua composição. Considere que você, como engenheiro de produção, está escolhendo a melhor luva para que os funcionários de uma fábrica utilizem durante a manipulação de diclorometano. Você tem duas opções: luvas de borracha butílica (0,04 cm de espessura) e luvas de borracha nitrílicas (0,10 mm de espessura). Assinale a alternativa que apresenta o fluxo de diclorometano através das luvas de borracha butílica e nitrílica, respectivamente. Dados: Coeficiente de difusão em borracha butílica = 1,10x10-12 m2/s; Coeficiente de difusão em borracha nitrílica = 2,31x10-10 m2/s Concentrações superficiais: C1 = 440 kg/m3 C2 = 20 kg/m3.
A
✓ GABARITO OFICIAL
1,155.10-6 kg/m2.s e 9,702.10-4 kg/m2.s
B
2,145.10-6 kg/m2.s e 9,702.10-4 kg/m2.s
C
1,755.10-6 kg/m2.s e 9,102.10-4 kg/m2.s
D
1,512.10-6 kg/m2.s e 8,612.10-4 kg/m2.s
E
2,191.10-6 kg/m2.s e 8,122.10-4 kg/m2.s
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7. Questão
Objetiva
Vários dispositivos industriais operam com base na transferência de calor entre dois meios, a exemplo dos trocadores de calor e uma variedade de outros equipamentos.
Fonte: Yoshi, H.; Orgeda, R. Fenômenos de Transporte. Maringá–PR: Unicesumar, 2020.
Um trocador de calor é um dispositivo empregado para facilitar a transferência de calor entre dois fluidos em várias aplicações, como ilustrado no esquema abaixo:
Elaborado pelo professor, 2024.
Com relação aos trocadores de calor, avalie as afirmações a seguir:
I. As correntes de processo que escoam no trocador de calor representado na figura se encontram em operação paralela, considerando um trocador de calor bitubular.
II. Se as temperaturas de entradas do trocador de calor forem iguais, as temperaturas de saída também serão iguais, entretanto, não irá ocorrer transferência de calor.
III. Ao aplicar a equação da continuidade, é possível obter que a vazão de óleo quente na saída do trocador de calor é 2 kg/s.
IV. Com o aumento da vazão de água fria circulando no trocador de calor, existirá uma maior quantidade de água fria disponível para receber o calor do óleo quente e a maior turbulência irá melhorar o coeficiente de convecção e, consequentemente, a troca térmica.
V. Se o trocador de calor for operado com uma configuração em contracorrente, essa operação irá proporcionar uma maior transferência de calor e eficiência de troca térmica no trocador de calor.
VI. Se o trocador de calor representado na figura estiver operando em paralelo, a temperatura da água fria que sai do trocador de calor não poderá ser maior que 50 °C.
É correto o que se afirma em:
A
I, II, III e VI, apenas.
B
I, III, IV e VI, apenas.
C
II, III, IV e V, apenas.
D
✓ GABARITO OFICIAL
II, IV, V e VI, apenas.
E
I, II, III, IV, V e VI.
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8. Questão
Objetiva
A purificação de hidrogênio pode ser feita por difusão do gás através de uma chapa de paládio a 600 °C. Uma mistura gasosa contendo H2, N2, O2 e vapor d’água é pressurizada contra uma lamina de 6 mm de espessura de paládio a 600°C. O coeficiente de difusão é DH/Pd (600°C) = 1,7x10-8 m2/s e a concentração no lado da placa de alta e baixa pressão é respectivamente 4,0 e 0,6 KgH2/m3Pd. A difusão acontece em estado estacionário. H2 é purificado por difundir-se mais rapidamente que os demais gases, atingindo a outra face da lamina que está mantida sob pressão atmosférica. Assinale a alternativa que contém o fluxo de difusão do H2 (purificação) em kg/m² s.
A
7,53.10-3 kg/m² s.
B
✓ GABARITO OFICIAL
9,63.10-6 kg/m² s..
C
6,34.10-4 kg/m² s.
D
4,62.10-3 kg/m² s.
E
9,14.10-4 kg/m² s.
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9. Questão
Objetiva
Uma empresa fabricante de máquinas hidráulicas (bombas e turbinas) contratou você, engenheiro, como projetista que atuará como líder responsável pelo projeto e desenvolvimento de sistemas hidráulicos. A proposta dessa empresa é que você determine a perda de carga localizada e distribuída da instalação de recalque de água proposta, mostrada na Figura.
Calcular a perda de carga localizada do sistema mostrado na Figura, utilizando a teoria do comprimento equivalente. Considerar o conduto com diâmetro de 5 cm e comprimento entre as seções 1 e 5 igual a 50 m; o fator de atrito é igual a 0,025; a velocidade média do escoamento igual a 2 m/s e a aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s2. Considere que o comprimento equivalente da válvula de gaveta, inserida no ponto 2, seja igual a 0,335 m; o comprimento equivalente do cotovelo, inserido no ponto 3, seja igual a 3 m; e o comprimento equivalente da válvula globo, inserida no ponto 4, seja igual a 17,61 m. Assinale a alternativa que contém o valor calculado para a perda de carga total:
Calcular a perda de carga localizada do sistema mostrado na Figura, utilizando a teoria do comprimento equivalente. Considerar o conduto com diâmetro de 5 cm e comprimento entre as seções 1 e 5 igual a 50 m; o fator de atrito é igual a 0,025; a velocidade média do escoamento igual a 2 m/s e a aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s2. Considere que o comprimento equivalente da válvula de gaveta, inserida no ponto 2, seja igual a 0,335 m; o comprimento equivalente do cotovelo, inserido no ponto 3, seja igual a 3 m; e o comprimento equivalente da válvula globo, inserida no ponto 4, seja igual a 17,61 m. Assinale a alternativa que contém o valor calculado para a perda de carga total:
A
✓ GABARITO OFICIAL
7,23 m
B
3,45 m
C
8,72 m
D
4,56 m
E
2,98 m
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