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Catégorie :Category: mViewer GX Creator Lua TI-Nspire
Auteur Author: AP8
Type : Classeur 3.6
Page(s) : 11
Taille Size: 855.08 Ko KB
Mis en ligne Uploaded: 22/07/2021 - 21:11:47
Uploadeur Uploader: AP8 (Profil)
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Visibilité Visibility: Archive publique
Shortlink : http://ti-pla.net/a2787369

Description 

1º Exame
Transmissão de Calor
Mestrado Integrado em Engenharia
Mecânica e Engenharia Aeroespacial
16 de Janeiro de 2016




Observações:
1- Duração do exame: 3 h
2- Tempo aconselhado para a parte teórica: 45 minutos a 1 hora
3- Não é permitida consulta na parte teórica nem a utilização de máquina de calcular



A parte teórica é para ser respondida no enunciado. Identifique-o:

Número: Curso:_________________________________________.

Nome:________________________________________________________________.




Parte Teórica (8 valores)

Para as questões 1 a 6 são indicadas quatro afirmações, sendo apenas uma delas
verdadeira. Assinale no quadro seguinte, para cada questão, qual das afirmações é
verdadeira. Cada resposta certa conta 0.5 valores e cada resposta errada desconta 0.15
valores, sendo que a cotação do conjunto destas 6 questões nunca será inferior a 0.

Questão 1 2 3 4 5 6
Resposta correcta (a) (b) (b) (c) (a) (b)


1. Para um tubo com raio exterior inferior ao raio crítico,
(a) a utilização de um isolamento com pequena espessura aumenta a perda de calor.
(b) a utilização de um isolamento com pequena espessura aumenta a resistência
térmica.
(c) é sempre benéfica a utilização de um isolamento quando se pretende reduzir a
perda de calor.
(d) é recomendável a utilização de um isolamento com espessura tal que o raio
exterior seja igual ao crítico.
2. Considere o processo de arrefecimento de um sólido, à temperatura inicial de 80 ºC
quando exposto ao ar ambiente, a 20 ºC. Despreze o gradiente interno de
temperatura. A constante de tempo é o tempo necessário para o sólido atingir a
temperatura de
(a) 20 ºC.
(b) 42.07 ºC.
(c) 50 ºC.
(d) 57.93 ºC.


3. A razão entre a taxa de transmissão de calor por convecção e a taxa de transmissão
de calor por condução num fluido é dada pelo número de
(a) Prandtl.
(b) Nusselt.
(c) Biot.
(d) Rayleigh.


4. Para as mesmas condições iniciais, as espessuras das camadas limites hidrodi-
nâmica e térmica no escoamento sobre uma placa plana têm aproximadamente a
mesma espessura quando o número de Prandtl do fluido é
(a) igual a zero.
(b) de ordem de grandeza inferior à unidade.
(c) aproximadamente igual à unidade.
(d) de ordem de grandeza superior à unidade.


5. A média logarítmica da diferença de temperaturas para um permutador de calor de
tubos concêntricos contracorrente, comparativamente a um permutador de calor de
tubos concêntricos cocorrente, é
(a) superior.
(b) igual.
(c) inferior.
(d) função de outros factores.

6. Num determinado recinto fechado com três superfícies, sabe-se que F11=F22=0,
F12=0.2 e F23=0.8. Nestas condições, podemos garantir que
(a) a superfície 1 é plana.
(b) as áreas das superfícies 1 e 2 são iguais.
(c) as áreas das superfícies 1, 2 e 3 são iguais.
(d) F33 = 0.
7. Considere uma barra unidimensional de comprimento L com condutibilidade
térmica constante.
(a) Suponha que a figura seguinte representa a temperatura (em ºC) ao longo da
barra, num determinado momento. Represente qualitativamente, mas com o
máximo de rigor possível, o fluxo de calor ao longo da barra. (1 val.)
(b) Suponha que a figura seguinte representa o fluxo de calor ao longo da barra,
num determinado momento. Represente qualitativamente, mas com o máximo
de rigor possível, a temperatura ao longo da barra, sendo To a temperatura em
x = 0. (1 val.)




(a) O perfil de temperatura representado é uma função tipo seno. Logo, pela lei
de Fourier, o fluxo de calor será uma função simétrica do coseno:




(b) O fluxo de calor representado é uma função tipo seno. Logo, pela lei de
Fourier, o perfil de temperatura será uma função tipo coseno, sendo a
ordenada na origem igual a To:



To
8. A figura seguinte representa o perfil radial da temperatura numa determinada
secção de um tubo com diâmetro D = 6 cm, para um escoamento completamente
desenvolvido, hidrodinâmica e termicamente, de um fluido com k = 0.6 W/m.K. O
tubo está sujeito a um fluxo de calor uniforme.
(a) Estime o coeficiente de convecção local nessa secção. (1 val.)
(b) Represente graficamente, no gráfico da figura, um perfil de temperaturas
plausível numa secção a jusante da considerada. (1 val.)


T (°C)
60

55

50

45

40

35

30

25
r (cm)
20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3




 ∂T 
k   50 − 45
 ∂ r  r = ro 0.6 ×
(a) h= = 0.03 − 0.026 = 60 W.m-2.K-1
Ts − Tm 50 − 37.5
A derivada é estimada a partir do gráfico e a temperatura média é aproximada como
0.5*(T(ro)+T(r))/2 (aceitável como estimativa, apesar de as coordenadas não serem
Cartesianas e o perfil da temperatura não ser linear).


(b) É necessário ter em atenção que o fluxo de calor é uniforme, pelo que
 ∂T 
  não varia. Na região de escoamento completamente desenvolvido,
 ∂ r r = r
o
hidrodinâmica e termicamente, tem-se
∂  T − Ts 
  = 0 e, para o caso de fluxo T (°C)
∂ x  Tm − Ts 
60

55
uniforme na superfície do tubo,
Ts−Tm=constante. Logo, T−Ts não varia na
50

direcção axial. 45

40

35

30

25

20
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
9. Explique por que razão os esquiadores sofrem facilmente queimaduras solares. (1 val.)


Os esquiadores estão sujeitos não só à radiação solar que neles incide (componente directa e
difusa), mas também à que, incidindo no solo, é reflectida na sua direcção. A componente
reflectida é significativa no caso da neve (em contraste do que sucede noutro tipo de
terreno), uma vez que a reflectividade da neve na gama do visível (uma parte significativa
da radiação solar é emitida na gama do visível) é próxima da unidade (daí a cor branca da
neve que resulta de reflectir a radiação que nela incide em todo o espectro visível; a cor
branca resulta da comnbinação de todas as cores do espectro visível).
1º Exame
Transmissão de Calor
Mestrado Integrado em Engenharia
Mecânica e Engenharia Aeroespacial
16 de Janeiro de 2016



Observações:
1- Duração do exame: 3 h
2- A parte prática é com consulta limitada a um livro de texto ou a apontamentos da
disciplina. Não é permitida a consulta de problemas resolvidos.



Parte Prática (12 valores)

1. Uma pessoa pretende passar uma noite de Verão no campo. Nessa noite, a
temperatura do ar é Tar = 20 ºC, a velocidade do vento v = 2 m/s e o céu está limpo.
Admita que o chão é plano e a Terra é um corpo semi-infinito de condutibilidade
térmica k = 1,5 W/(m K) e calor específico c = 1260 J/(kg K). No início da noite, o
solo tem a temperatura uniforme de Tterra = 25 ºC. Modele a atmosfera como
totalmente transparente e despreze a radiação proveniente da abóboda celeste.

(a) Calcule a temperatura do chão a 10 cm de profundidade ao fim de 10 ho...

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