ATIVIDADE 3 - FENÔMENOS DE TRANSPORTE - 52/2023
“Todo fenômeno de transporte acontece devido à existência de uma força motriz e é mitigado pela presença de uma resistência ao fenômeno. Na mecânica dos fluidos esta força motriz é uma diferença (ou gradiente) de velocidades, muitas vezes causada por uma diferença de pressão, e a resistência eram os efeitos viscosos do escoamento. Por outro lado, na transferência de calor, a força motriz é uma diferença de temperatura, e a resistência será dada por aspectos geométricos e propriedades do material.”
Fonte: YOSHI, H.; ORTEGA, R. Fenômenos de Transporte. Maringá: UniCesumar, 2020. p. 259.
Você foi contratado como engenheiro responsável pelo setor de utilidades de uma indústria e deverá aplicar os conceitos de fenômenos de transporte para desempenhar as suas funções. Ao mapear o processo, você detectou que o vapor sai da caldeira a 320 °C (T∞,1) e escoa em um tubo de ferro fundido (k=80 W/m K), cujos diâmetros interno e externo são 5 cm (D1) e 5,5 cm (D2), respectivamente. Por meio da tubulação de ferro fundido, o vapor é transportado pelos setores da indústria de forma a garantir o perfeito funcionamento do processo. No entanto, devido ao comprimento da tubulação e para diminuir a perda de calor e, consequentemente, a condensação do vapor, o tubo de ferro fundido possui um isolamento de lã de vidro de 3 cm de espessura (k=0,05 W/m K). Mesmo com o isolamento, parte do vapor chega à superfície, onde o calor é perdido por convecção natural para o meio que se encontra a 25 °C (T∞,2). Sabendo que os coeficientes de transferência de calor por convecção no interior e no exterior do tubo são h1=60 W/m² K e h2=18 W/m² K, determine:
a) As resistências individuais de transferência de calor do processo por comprimento de tubo.
b) A resistência total de transferência de calor por comprimento de tubo.
c) A taxa de transferência de calor por unidade de comprimento do tubo.
d) A queda de temperatura na tubulação.
e) A queda de temperatura no isolamento da tubulação.
ATIVIDADE 3 - FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL I - 52/2023
Uma bomba hidráulica converte energia mecânica em energia hidráulica. Quando uma bomba hidráulica opera, ela executa duas funções. Primeiro, sua ação mecânica cria um vácuo na entrada da bomba que permite que a pressão atmosférica force o líquido do reservatório para a linha de entrada da bomba. Segundo, sua ação mecânica entrega esse líquido à saída da bomba e o força no sistema hidráulico.
Fonte: https://bombasa.com.br/sem-categoria/como-funciona-as-bombas-hidraulicas. Acesso em: 21 abr. 2023.
Assim, a função de uma bomba hidráulica é transportar um fluido (geralmente água ou óleo) de um ponto para outro em um sistema hidráulico. A bomba é responsável por gerar uma pressão no fluido, fazendo-o fluir através das tubulações e componentes do sistema hidráulico. Observe a situação a seguir: uma bomba de 1400 W fornece água aos moradores de uma vila na taxa de 8 L/s, retirando-a de uma profundidade de 15 m. Sabendo que 1 HP = 746 W e a densidade da água é 1 kg/L e g=9,8 m/s², determine:
a) A potência total e útil desta bomba (em Watts).
b) A potência dissipada e o rendimento desta bomba.
c) Qual a profundidade máxima de poço que esta mesma bomba poderia ser aplicada, considerando rendimento de 90%?
ATIVIDADE 3 - FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II - 52/2023
A física térmica estuda a tendência dos processos naturais convergir para uma situação de equilíbrio, isso pode ser observado nos casos em que corpos mais quentes cedem calor aos corpos mais frios. A transferência dessa energia térmica é possível graças a alguns processos.
Fonte: GUIMARÃES, José Osvaldo de Souza. Física Geral e Experimental II. Maringá-PR: Unicesumar, 2019. 400 p.
Cenário
Imagine que você está encerrando um churrasco em uma churrasqueira a carvão e percebe que ainda existe uma quantidade considerável de brasas incandescentes. Você então lembra que recentemente viu uma técnica que permitia apagar o carvão e reaproveitá-lo para o próximo churrasco, simplesmente adicionando em cima do braseiro uma sacola plástica com água.
Elaborado pelo professor, 2023.
Considerações
- Massa de carvão: 5 kg;
- Temperatura do carvão: 200 °C;
- Temperatura da água: 25 °C;
- Calor específico da água: 1 cal/g °C;
- Calor específico do carvão vegetal: 0,2 cal/g °C;
A partir do entendimento deste cenário e considerando os conhecimentos adquiridos
por meio da leitura do livro didático, aulas conceituais e ao vivo, responda as
seguintes questões:
Questão 01: Comparando os calores específicos da água e do carvão, explique como
é possível apagar o braseiro com um saco plástico cheio de água.
Questão 02: Cite quais são os processos de transmissão do calor envolvidos na
redução da temperatura do carvão pelo saco plástico contendo água.
Questão 03: Sabendo que, após certo período de tempo, a temperatura do carvão
apagado é 30 °C e que a temperatura final da água é de 75 °C, qual o volume em
litros de água foi adicionado no saco plástico para que fosse reduzida a temperatura
do carvão? Considere a densidade da água 1 g/cm³.
ATIVIDADE 3 - FUNDIÇÃO E SOLDAGEM - 52/2023
Sabemos que existem diversos processos de fundição com características diferentes, sendo cada processo indicado e utilizado em situações adequadas e específicas. Existem processos, por exemplo, que permitem a fusão do aço enquanto alguns outros processos não chegam a tal temperatura de fusão. Há ainda aqueles processos mais precisos dimensionamentos, em outra via, existem aqueles mais grosseiros.
Imagine agora que você está liderando o projeto de um sistema de comando de válvulas que irão compor uma máquina funcionando a gasolina. A peça possui massa igual a 10,0 quilos e seu material é FFN (ferro fundido nodular).
Você necessitará produzir cerca de 200 unidades desta peça por dia para suprir sua linha de produção. Vale ressaltar que é desejo do seu gerente que a peça já seja produzida com bom acabamento superficial, evitando o despendimento de tempo em processos de usinagem para acabamento. A imagem abaixo ilustra a peça a ser produzida.
Figura 1 - Peça produzida com ferro fundido nodular.
Fonte: Autoria própria.
Dado o cenário e diante do seu conhecimento, responda:
a) Qual é o processo de fundição mais indicado para a produção em questão?
b) Por qual/quais motivo(s) você escolheu o processo de fundição citado na resposta anterior?
c) Explique como funciona o processo de fundição determinado.