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ATIVIDADE 3

ATIVIDADE 3 - FENÔMENOS DE TRANSPORTE - 52_2025

- · FENÔMENOS DE TRANSPORTE · Cesumar

1. 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

II, IV, V e VI, apenas.

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E

I, II, III, IV, V e VI.

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2. 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

I, II, V e VI, apenas.

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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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3. Questão Objetiva
Em muitos processos industriais e situações do cotidiano, o calor é transferido entre superfícies sólidas e fluidos em movimento. Nesses casos, a transferência de calor ocorre por convecção, e a taxa de transferência depende de propriedades como a área de contato e o coeficiente de transferência de calor h. Assim como na condução, é possível representar a transferência de calor por convecção por meio de uma resistência térmica.
 
Elaborado pelo professor.

Com relação à resistência térmica de convecção, assinale a alternativa correta:
A

Quanto maior o coeficiente de transferência de calor h, maior a resistência térmica associada ao processo.

B

A resistência térmica de convecção é inversamente proporcional à área de troca térmica e ao coeficiente h.

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C

A resistência térmica de convecção só existe quando o fluido está em um escoamento laminar de escoamento.

D

A resistência térmica de convecção independe da área de troca térmica, sendo função apenas da temperatura do fluido.

E

A resistência térmica de convecção é dada por R=1/h⋅A, sendo diretamente proporcional à área e ao coeficiente de transferência de calor por convecção.

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4. Questão Objetiva
No cotidiano, a transferência de calor é um fenômeno que pode ser observado em várias situações, como no preparo de alimentos, refrigeração do ambiente ou, até mesmo, em um simples processo de aquecimento de água.
 
​Fonte: YOSHI, H. C. M. H.; ORGEDA, R. Fenômenos de Transporte. Maringá-PR: Unicesumar, 2020.

Sobre os métodos de transferência de calor, assinale a alternativa correta:
A

A convecção em sólidos é maior que em gases.

B

A convecção é o único mecanismo de transferência de calor em sólidos.

C

Em líquidos prevalece o mecanismo de condução e em sólidos prevalece o mecanismo de convecção.

D

A radiação não necessita de um meio material para ocorrer e é a única forma de transferência de calor que pode se dar no vácuo.

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E

A transferência de calor por condução é observada em líquidos e gases apenas quando não há movimentação das partículas.

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5. Questão Objetiva
As analogias entre os fenômenos de transporte vão além das questões de momento, calor e massa. Em algum momento de suas aulas de física, você provavelmente estudou sobre sistemas de resistências elétricas, em que uma diferença de potencial promovia o surgimento de uma corrente elétrica através de uma resistência. Quando o calor atravessa um material sólido, como uma parede ou isolante, essa transferência é limitada pela resistência térmica do material. Essa resistência depende das propriedades do material, da sua espessura e da área pela qual o calor é transferido.
 
Fonte: YOSHI, H. C. M. H.; ORGEDA, R. Fenômenos de Transporte. Maringá-PR: Unicesumar, 2020.
 
Sobre a resistência térmica de condução, analise as afirmativas a seguir:
 
I. Quanto maior a área de troca térmica, maior a resistência térmica.
II. Quanto maior a espessura do material, menor a resistência térmica.
III. Quanto menor a condutividade térmica, maior a resistência térmica.
IV. Quanto menor a área de troca térmica, maior a resistência térmica.

É correto o que se afirma em:
A

I e II, apenas.

B

I e III, apenas.

C

II e III, apenas.

D

II e IV, apenas.

E

III e IV, apenas.

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6. Questão Objetiva
Dois fluidos, um quente e um frio, trocam calor em um trocador de calor com área constante. Em um experimento, observa-se que o fluido quente entra a 300 °C e sai a 200 °C, enquanto o fluido frio entra a 100 °C e sai a 180 °C. Duas equipes de engenharia analisam os dados. A equipe A afirma que se trata de um trocador de escoamento paralelo, pois os fluidos entram do mesmo lado. Já a equipe B diz que é de escoamento contracorrente, porque a temperatura final do fluido frio se aproxima da do fluido quente.

Elaborado pelo professor.
 
Com base no comportamento térmico e nas características dos tipos de escoamento, assinale a alternativa correta:
A

Se o escoamento é contracorrente, o MLDT é 109,7°C.

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B

O escoamento é paralelo, pois a diferença de temperatura entre as saídas é sempre constante.

C

O escoamento é contracorrente, pois nesse tipo o fluido frio sai com menor temperatura do que entra.

D

O escoamento é paralelo, pois permite que o fluido frio atinja temperaturas maiores do que o fluido quente.

E

O escoamento é contracorrente, pois permite que o fluido frio saia na mesma temperatura de entrada do fluido quente.

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7. Questão Objetiva
Um conceito importantíssimo no estudo da mecânica dos fluidos é a chamada camada limite – essencialmente, a camada de fluido de um escoamento que fica junto à superfície sólida.
 
Fonte: YOSHI, H. C. M. H.; ORGEDA, R. Fenômenos de Transporte. Maringá: Unicesumar, 2020.
 
Durante um projeto, uma equipe de engenharia analisa o comportamento do escoamento interno ao longo de uma tubulação (figura 1).
 
Figura 1: Desenvolvimento da camada limite em condutos forçados.

Fonte: adaptada de Brunetti (2008).

Com base nos conceitos sobre escoamento interno e camada limite de velocidade em tubos, assinale a alternativa correta:
A

A espessura da camada limite é constante ao longo de toda a tubulação.

B

Não existe camada limite de velocidade em um escoamento interno na tubulação.

C

Em tubos, o escoamento totalmente desenvolvido ocorre após certo comprimento.

✓ GABARITO OFICIAL
D

Em tubos, o escoamento já entra com perfil de velocidade plenamente desenvolvido.

E

A camada limite de velocidade em tubos começa a se formar do centro do tubo e cresce em direção às paredes à medida que o fluido a tubulação.

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8. Questão Objetiva
Os mecanismos de transferência de calor estão baseados em diferenças de temperatura. Nos trocadores de calor, é importante perceber que esta diferença de temperatura pode mudar ao longo do equipamento. Portanto, é evidente que para avaliar a transferência de calor no trocador, é necessário descrever as diferenças de temperaturas entre os fluidos quente e frio no interior do trocador de alguma maneira. Para isso, recorremos ao conceito de média logarítmica.
 
Fonte: YOSHI, H. C. M. H.; ORGEDA, R. Fenômenos de Transporte. Maringá-PR: Unicesumar, 2020.
 
Num trocador de calor, o fluido quente entra a 1050 ºC e sai a 500 ºC e o fluido frio entra a 150 ºC e sai a 500 ºC. Assinale a alternativa correta que descreve a média logarítmica das diferenças de temperaturas (MLDT) para escoamento contracorrente:
A

-442,5 °C.

✓ GABARITO OFICIAL
B

0,091 °C.

C

0,158 °C.

D

442,5 °C.

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E

741,3 °C.

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9. Questão Objetiva
A transpiração humana não é somente um mecanismo incrível de regulação de temperatura dos nossos corpos, mas também um excelente exemplo de como os fenômenos de transporte atuam em conjunto na natureza. O uso de um ventilador após a transpiração acelera o resfriamento corporal, devido ao aumento da convecção e da vazão de ar sobre a pele, intensificando a transferência simultânea de massa, calor e momento. 
 
Fonte: YOSHI, H. C. M. H.; ORGEDA, R. Fenômenos de Transporte. Maringá: Unicesumar, 2020.
 
Com base no texto apresentado, assinale a alternativa correta sobre o motivo que melhor explica por que o ventilador intensifica o resfriamento do corpo suado:
A

O vento elimina o calor da pele diretamente por condução, aumentando a temperatura do corpo.

B

O ventilador atua apenas no transporte de momento, não afetando os fenômenos de calor e massa.

C

O ar em movimento facilita a troca de calor sensível entre a pele e o ambiente, impedindo a evaporação.

D

O fluxo de ar aumenta a taxa de evaporação do suor ao promover maior convecção e transporte de massa.

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E

A movimentação do ventilador altera a pressão do ambiente, fazendo com que a água evapore mais rápido por ebulição.

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10. Questão Objetiva
Em um laboratório de engenharia, realiza-se um experimento com escoamento de água em um tubo fino e horizontal. A água está a 10 °C, com densidade ρ=999,77 kg/m³ e viscosidade dinâmica μ=1,308×10−3 Pa.s. O fluido escoa com velocidade média de 0,8 m/s por um tubo de diâmetro interno de 0,25 cm.

Elaborado pelo professor.

Considerando o escoamento laminar e o regime permanente, determine a perda de carga por metro de tubulação associada ao escoamento (use g=9,8 m/s²) e assinale a alternativa correta:
A

1,2 m

B

0,55 m

C

1,2 m/m

D

0,38 m/m

E

0,55 m/m

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