Questões de Concurso Sobre transferência de calor (condução, convecção e radiação) em engenharia mecânica

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Q4084095 Engenharia Mecânica
        No contexto tecnológico do século XVIII — a era de ouro da primeira Revolução Industrial —, a fornalha era o "coração" energético de uma máquina térmica. Ela era o componente no qual ocorria a conversão de energia química (do combustível) em energia térmica (calor), a qual era posteriormente utilizada em processos internos, sendo convertida parcialmente em trabalho mecânico.

        Nas máquinas de Newcomen, a fornalha era uma câmara de combustão projetada para alimentar a caldeira. Esta, por sua vez, consistia em um grande recipiente construído com o objetivo de permitir a troca de calor entre a fornalha e a água em seu interior, produzindo geralmente vapor sob altas pressões — o que permite compará-la a uma grande panela de pressão.

         Suponha que uma fornalha produza uma potência térmica máxima de 40 kW e que 25% deste total sejam transferidos para 2 toneladas de água no interior de uma caldeira, inicialmente a 27 °C. Considerando que todas as trocas de calor da caldeira ocorram apenas com a fornalha, adote o calor específico da água como 4 J∙g−1 ∙°C−1 , o calor latente de vaporização da água como 2.160 J/g, a constante de Stefan-Boltzmann como 5,7 × 10−8 W/m2 e o comprimento da onda eletromagnética correspondente à cor vermelha como 700 nm. 

Com base nessas informações, julgue o item que se segue.


A potência total emitida por irradiação em um radiador térmico de emissividade unitária com área superficial de 1 m2 e mantido em equilíbrio térmico à temperatura de 1.000 K excede em mais de 40% a potência térmica máxima disponibilizada pela fornalha.

Alternativas
Q4084094 Engenharia Mecânica
        No contexto tecnológico do século XVIII — a era de ouro da primeira Revolução Industrial —, a fornalha era o "coração" energético de uma máquina térmica. Ela era o componente no qual ocorria a conversão de energia química (do combustível) em energia térmica (calor), a qual era posteriormente utilizada em processos internos, sendo convertida parcialmente em trabalho mecânico.

        Nas máquinas de Newcomen, a fornalha era uma câmara de combustão projetada para alimentar a caldeira. Esta, por sua vez, consistia em um grande recipiente construído com o objetivo de permitir a troca de calor entre a fornalha e a água em seu interior, produzindo geralmente vapor sob altas pressões — o que permite compará-la a uma grande panela de pressão.

         Suponha que uma fornalha produza uma potência térmica máxima de 40 kW e que 25% deste total sejam transferidos para 2 toneladas de água no interior de uma caldeira, inicialmente a 27 °C. Considerando que todas as trocas de calor da caldeira ocorram apenas com a fornalha, adote o calor específico da água como 4 J∙g−1 ∙°C−1 , o calor latente de vaporização da água como 2.160 J/g, a constante de Stefan-Boltzmann como 5,7 × 10−8 W/m2 e o comprimento da onda eletromagnética correspondente à cor vermelha como 700 nm. 

Com base nessas informações, julgue o item que se segue.


Em uma caldeira cujas paredes são formadas por múltiplas camadas uniformes, planas e paralelas, compostas por materiais distintos, uma vez estabelecido o regime estacionário, as potências térmicas conduzidas através de cada camada apresentarão o mesmo valor.

Alternativas
Q4084092 Engenharia Mecânica
        No contexto tecnológico do século XVIII — a era de ouro da primeira Revolução Industrial —, a fornalha era o "coração" energético de uma máquina térmica. Ela era o componente no qual ocorria a conversão de energia química (do combustível) em energia térmica (calor), a qual era posteriormente utilizada em processos internos, sendo convertida parcialmente em trabalho mecânico.

        Nas máquinas de Newcomen, a fornalha era uma câmara de combustão projetada para alimentar a caldeira. Esta, por sua vez, consistia em um grande recipiente construído com o objetivo de permitir a troca de calor entre a fornalha e a água em seu interior, produzindo geralmente vapor sob altas pressões — o que permite compará-la a uma grande panela de pressão.

         Suponha que uma fornalha produza uma potência térmica máxima de 40 kW e que 25% deste total sejam transferidos para 2 toneladas de água no interior de uma caldeira, inicialmente a 27 °C. Considerando que todas as trocas de calor da caldeira ocorram apenas com a fornalha, adote o calor específico da água como 4 J∙g−1 ∙°C−1 , o calor latente de vaporização da água como 2.160 J/g, a constante de Stefan-Boltzmann como 5,7 × 10−8 W/m2 e o comprimento da onda eletromagnética correspondente à cor vermelha como 700 nm. 

Com base nessas informações, julgue o item que se segue.


A radiação térmica emitida pela caldeira poderia ser detectada por um observador em suas proximidades, ainda que o sistema estivesse no vácuo, pois a irradiação propagada na transferência de calor prescinde de um meio material.

Alternativas
Q4084086 Engenharia Mecânica
        Thomas Newcomen (1664-1729), de Devon, sudoeste da Inglaterra, foi um fabricante e comerciante de ferro que fornecia produtos para minas locais. Ele projetou uma máquina térmica que utilizava um pistão e uma viga móvel em seu funcionamento. O vapor era condensado abaixo do pistão, com água fria injetada dentro do cilindro, criando-se um vácuo parcial. Dessa forma, a pressão atmosférica empurrava o pistão para baixo dentro do cilindro. O cilindro era ligado a uma grande alavanca, e em uma das extremidades desta se pendurava a haste que bombeava a água, conforme ilustrado na figura a seguir. Acredita-se que Newcomen tenha produzido um ou mais motores experimentais antes da instalação do primeiro, em 1712, em uma mina de carvão. Esses motores eram máquinas grandes, com cerca de 10 m de altura, em uma casa de máquinas com a caldeira montada sob o cilindro. O primeiro motor instalado elevou água a 50 m.


Ney Rogério Rezende, História das máquinas térmicas e o desenvolvimento
das leis da termodinâmica. Rio de Janeiro, v. 1, 2021, p. 15.
Internet:<https://educapes.capes.gov.br> (com adaptações).

A partir das informações do texto precedente, e considerando que a densidade da água seja 1.000 kg/m3 , que a aceleração da gravidade local seja 10 m/s2 e que a pressão atmosférica ao nível do mar seja 1 atm (105 Pa), julgue o item a seguir.


No processo de resfriamento e condensação de vapor descrito no texto, a forma predominante de transferência de calor no vapor se dá por convecção.

Alternativas
Q4083124 Engenharia Mecânica

Acerca dos processos de transferência de calor, julgue o item a seguir.


A convecção térmica ocorre devido ao movimento de massas de fluidos, como líquidos e gases.

Alternativas
Q4083123 Engenharia Mecânica

Acerca dos processos de transferência de calor, julgue o item a seguir.


O calor sempre flui espontaneamente de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura.

Alternativas
Q4057032 Engenharia Mecânica
Os ciclos térmicos de potência são fundamentais para a geração de energia, sendo o ciclo de Rankine a base para o funcionamento de usinas termelétricas a vapor. No contexto das leis da termodinâmica aplicadas a máquinas térmicas, assinale a alternativa correta.
Alternativas
Q4057030 Engenharia Mecânica
O projeto de trocadores de calor e sistemas de refrigeração deve maximizar a taxa de transferência de energia minimizando o consumo de trabalho externo. Considerando os ciclos de refrigeração e equipamentos térmicos, analise as afirmativas a seguir.

I.No ciclo de refrigeração por compressão de vapor, o fluido refrigerante entra no compressor na fase de vapor superaquecido e sai na fase de mistura líquido-vapor.
II.Trocadores de calor do tipo casco e tubos utilizam chicanas internas para aumentar a turbulência do fluido no casco e melhorar o coeficiente global de transferência de calor.
III.O uso de economizadores em caldeiras industriais visa pré-aquecer a água de alimentação utilizando o calor residual contido nos gases de exaustão da chaminé.

Está correto o que se afirma em: 
Alternativas
Ano: 2026 Banca: UERJ Órgão: UERJ Prova: UERJ - 2026 - UERJ - Engenheiro Mecânico |
Q4042331 Engenharia Mecânica
A velocidade do vento é um fator determinante na análise térmica predial, afetando diretamente as perdas ou os ganhos de calor através do envelope da construção. Em termos físicos, o efeito de resfriamento provocado pelo vento em uma parede externa decorre do:  
Alternativas
Ano: 2026 Banca: UERJ Órgão: UERJ Prova: UERJ - 2026 - UERJ - Engenheiro Mecânico |
Q4042330 Engenharia Mecânica
Materiais isolantes, como a fibra de vidro ou espumas poliméricas, apresentam baixos valores de condutividade térmica efetiva. O mecanismo físico que garante a eficácia desses materiais fundamentase em:
Alternativas
Q3971026 Engenharia Mecânica
        

        Um trocador de calor é empregado, conforme o esquema precedente, para condensação de um fluido refrigerante, que entra na condição de vapor saturado e sai na condição de líquido saturado. A potência térmica nessas condições operacionais é de 5,04 kW. O calor específico da água a pressão constante é igual a 4,2 kJ/kg∙K e o calor latente de vaporização do fluido refrigerante é igual a 200 kJ/kg, na pressão em que se encontra no trocador.

Com base nas informações apresentadas, desconsiderando qualquer troca de calor pelas paredes externas do trocador, julgue o item seguinte.


O fluxo mássico de água que circula pelo trocador é de 0,4 kg/s.

Alternativas
Q3971025 Engenharia Mecânica
        

        Um trocador de calor é empregado, conforme o esquema precedente, para condensação de um fluido refrigerante, que entra na condição de vapor saturado e sai na condição de líquido saturado. A potência térmica nessas condições operacionais é de 5,04 kW. O calor específico da água a pressão constante é igual a 4,2 kJ/kg∙K e o calor latente de vaporização do fluido refrigerante é igual a 200 kJ/kg, na pressão em que se encontra no trocador.

Com base nas informações apresentadas, desconsiderando qualquer troca de calor pelas paredes externas do trocador, julgue o item seguinte.


Suponha que se pretenda substituir esse trocador a água por um que utiliza ar em um processo de convecção forçada para retirada de calor do fluido refrigerante. Sabendo-se que a temperatura do ar na entrada do trocador é de 28 °C, que a área da superfície externa do tubo por onde circula o fluido refrigerante é de 0,3 m2 , que a temperatura da superfície externa desse tubo é de 52 °C e que o coeficiente de transferência de calor nesse equipamento é de 140 W/m2 ∙K, conclui-se que, no referido trocador a ar, seriam condensados aproximadamente 5 g do fluido refrigerante por segundo.

Alternativas
Q3971013 Engenharia Mecânica
        

Um resfriador evaporativo adiabático opera com fluxo de ar constante, de acordo com a figura precedente. A seguinte tabela apresenta dados da carta psicométrica referentes a pontos com uma temperatura constante de bulbo úmido do ar, de 21 °C.


        A próxima tabela apresenta dados da carta para um valor constante de 28 °C da temperatura de bulbo seco do ar. Os dados das tabelas foram obtidos para a mesma pressão em que se encontra o resfriador. A temperatura da água é a mesma da temperatura do ar na entrada do resfriador.

Com base nessas informações, julgue o item a seguir. 


Caso o dispositivo seja melhorado para ampliar a área e o tempo de contato entre o ar e a água, mantidas as mesmas condições na entrada, a redução de temperatura do ar não poderá superar 7 °C.

Alternativas
Q3883360 Engenharia Mecânica
Em uma instalação industrial, um fluido é resfriado fazendo-o passar por um tubo no qual incide, perpendicularmente, um fluxo de ar com velocidade 5 m/s e temperatura 20 oC (a figura abaixo representa uma vista 2D do processo). O tubo tem comprimento de 50 cm e diâmetro externo 20 mm. Em regime permanente, a temperatura externa do tubo é constante e igual a 120 oC. 


Imagem associada para resolução da questão

Estimando que o processo de resfriamento retire 60 W de calor do fluido, é correto afirmar que o coeficiente de troca de calor por convecção vale 
Alternativas
Q3869475 Engenharia Mecânica

Uma placa grande e negra (∈ = 1) troca calor por radiação com o ambiente à temperatura de 300 K. A superfície da placa está inicialmente a 600 K e mantida nessa temperatura por aquecimento contínuo. Considere que convecção é desprezível, havendo apenas troca radiativa. Use a lei:


Imagem associada para resolução da questão


onde σ = 5, 67 x 10-8  W/mK4. Qual é a ordem de grandeza do fluxo radiativo trocado pela placa?  

Alternativas
Q3850079 Engenharia Mecânica
Em uma perícia de incêndio residencial, o perito encontra padrões de queima no teto e na parte superior das paredes que indicam uma propagação predominantemente vertical. A análise revela ainda a existência de marcas de fuligem e danos térmicos mais intensos em um determinado ponto da base, sugerindo o local de origem.

Considerando os mecanismos de transferência de calor, assinale a opção que apresenta o principal responsável pela propagação vertical das chamas e pela intensidade dos danos nas superfícies superiores do ambiente durante a fase de crescimento do incêndio.
Alternativas
Q4058015 Engenharia Mecânica
A fachada leste de um prédio de determinada prefeitura (painel metálico vertical, área A = 1,0 m²) está a 34 °C em uma manhã com ar externo a 30 °C e brisa leve (~2–3 m/s). Considerando coeficiente convectivo típico h = 15 W/m²·K para superfície vertical com brisa leve e a lei de resfriamento de Newton, assinale a alternativa que apresenta a taxa de calor removida por convecção e uma medida simples para aumentá-la. 
Alternativas
Q4058010 Engenharia Mecânica
Considerando o contexto de projeto de sistemas de climatização para edifícios públicos, assinale a alternativa que descreve corretamente a diferença entre sistemas de expansão direta (DX) e sistemas indiretos (água gelada). 
Alternativas
Q4058007 Engenharia Mecânica
Em um bloco de salas de aula fechado, medições durante o período da tarde indicaram: CO₂ médio de 1.250–1.450 ppm em ocupação típica, PM2,5 interno levemente acima do externo, temperatura interna 27–28 °C, UR 60–65%, dutos limpos e filtros MERV 8 novos nos fancoils. O sistema opera com VAV (Volume de Ar Variável) em modo sazonal “economia de energia”, que limita as aletas de ar externo a 10% em média, sem controle por sensor de CO₂; não há possibilidade de abrir janelas, por ruído externo e segurança, e o orçamento permite apenas uma intervenção de baixa a média complexidade sem troca total de equipamentos. Nesse contexto, qual medida integrada e prioritária melhor atende à qualidade do ar interno sem inviabilizar a operação térmica? 
Alternativas
Q3585995 Engenharia Mecânica

Julgue o item que se segue, acerca de termodinâmica e transferência de calor. 


A convecção natural ocorre exclusivamente em fluidos, pois ela depende da variação de densidade causada por diferenças de temperatura.  

Alternativas
Respostas
1: C
2: C
3: C
4: C
5: C
6: C
7: A
8: A
9: C
10: B
11: C
12: C
13: C
14: A
15: B
16: C
17: A
18: A
19: A
20: C