Lista 2

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Fenômenos de Transferência II 
 
Lista 2 
Problema 1 (Exame Nacional de Cursos 1998): 
Partículas esféricas (R = 1 mm) devem reagir no interior de um reator de leito fluidizado. 
Estudos cinéticos mostram que a reação, envolvendo o material das partículas, ocorre a uma 
temperatura de, no mínimo, 300 ºC. As partículas são alimentadas ao reator a uma temperatura 
inicial de 25 ºC. O gás que atravessa o leito fluidizado pode ser considerado a uma temperatura 
média de 350 ºC. Nas condições fluidodinâmicas no interior do leito, o coeficiente médio de 
transferência de calor na superfície das partículas é igual a 80 W/m2K. Desprezando qualquer calor 
de reação e variação das propriedades termofísicas do material das partículas e do gás, determine o 
tempo necessário para que a reação possa se desenvolver em todo o volume de cada partícula. 
Justifique a metodologia utilizada através do cálculo do número de Biot, adotando como 
comprimento característico o raio da partícula. Propriedades termofísicas do fluido: massa 
específica 0,59 kg/m3, capacidade calorífica 1050 J/kgK, viscosidade absoluta 310-5 Pas e 
condutividade térmica 0,05 W/mK. Propriedades termofísicas da partícula: massa específica 1950 
kg/m3, capacidade calorífica 500 J/kgK e condutividade térmica 1,2 W/mK. 
 
Problema 2: 
 Repetir a resolução do problema anterior utilizando uma abordagem diferente do ponto de 
vista da representação espacial da transferência de calor no interior da partícula. Comparar os 
resultados. 
 
Problema 3: 
Buscando uma matéria-prima alternativa, investiga-se a possibilidade do reator do Problema 
1 receber partículas esféricas de 4 mm de diâmetro. Caso o tempo de residência das partículas no 
interior do reator seja mantido, a reação acontecerá? Justificar a sua resposta calculando a 
temperatura final da partícula no intervalo de tempo considerado. Se a reação não se desenvolver, 
determinar o aumento do tempo necessário para que o reator possa operar adequadamente 
utilizando a nova matéria-prima. 
 
Problema 4: 
 Comparando os resultados dos cálculos de condução transiente através das duas abordagens, 
parâmetros agrupados e distribuídos, avaliar as diferenças relativas aos valores previstos entre os 
métodos, considerando as esferas de 4 mm de diâmetro do Problema 3 e as esferas de 2 mm de 
diâmetro do Problema 1. 
 
Problema 5: 
 Em um processo industrial, pequenas partículas poliméricas, na forma de um cilindro com 5 
mm de altura e 3 mm de diâmetro, devem ser curadas através de um ciclo de aquecimento e 
resfriamento. No início do processo, as partículas estão a temperatura ambiente e, após o 
aquecimento, a temperatura deverá alcançar 80 ºC. No final do processo de resfriamento sua 
temperatura não poderá ser superior a 10 ºC em relação à temperatura do ambiente. Considerando 
que o equipamento opera em batelada, determinar o número de corridas que podem ser executadas 
diariamente. Dados: Temperatura ambiente: 30 ºC, Temperatura do sopro de aquecimento: 100 ºC, 
Temperatura do sopro de resfriamento: 30 ºC, Coeficiente de película no sopro: 100 W/m2K, 
Condutividade térmica do polímero: 1,0 W/mK, Capacidade térmica do polímero: 2000 J/kgK, 
Massa específica do polímero: 1900 kg/m3. 
 
 
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Lápis
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Lápis
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Problema 6: 
 Placas de um polímero especial recebem um tratamento térmico baseado em um 
aquecimento gradativo no interior de uma estufa até que todo o material permaneça a uma 
temperatura mínima de 75 ºC durante 30 minutos. Considerando que a estufa pode receber apenas 
20 placas por vez, determinar o número de placas que podem ser produzidas diariamente. Dados: 
Temperatura da estufa: 120 ºC; Temperatura inicial da placa: 30 ºC. Coeficiente de película no 
interior da estufa: 50 W/m2K; Altura, largura e espessura da placa: 4 m, 4m, 10 cm; Condutividade 
térmica do material: 1,5 W/mK; Capacidade térmica do material: 1500 J/kgK; Massa específica do 
material: 1700 kg/m3. 
 
Problema 7: 
 Apresentar uma proposta relativa à estufa do problema anterior para que a produção fosse 
aumentada em 25%. 
 
Problema 8: 
 Bastões cilíndricos de aço carbono com 8 in de diâmetro e 20 ft de comprimento, 
inicialmente a uma temperatura ambiente de 30 ºC, devem ser aquecidos em um ambiente mantido 
a 350 ºC até que o seu interior atinja uma temperatura mínima de 150 ºC. Entretanto, neste 
processo, a temperatura da superfície não pode ultrapassar 300 ºC. Verificar a viabilidade da 
execução do serviço no sistema proposto. Coeficiente de convecção: 200 W/m2K, Massa específica 
do aço: 7850 kg/m3, Capacidade calorífica: 600 J/kgK, Condutividade térmica: 40 W/mK. 
 
Problema 9: 
 Em um estudo de segurança de processo, deseja-se estimar a temperatura em que o solo 
junto a uma tubulação enterrada alcançará após um certo intervalo de tempo com um incêndio 
ocorrendo no exterior. Considere que inicialmente o piso esteja a 30 ºC e, repentinamente, o 
incêndio levaria a temperatura da superfície a 800 ºC e este permaneceria queimando durante 3 
horas. Dados: Profundidade da tubulação: 1 m, Massa específica do solo: 2000 kg/m3, Capacidade 
térmica: 2500 J/kgK, Condutividade térmica: 0,5 W/mK. 
 
Problema 10: 
 Em uma indústria de alimentos, frangos são assados através de espetos mantidos em um 
ambiente a 200 ºC associado a um coeficiente de convecção de 40 W/m2K. A forma das peças pode 
ser aproximada por um cilindro de 30 cm de comprimento e 20 cm de diâmetro. A temperatura 
inicial do frango é 30 ºC e os mesmos devem ser aquecidos até que o seu interior atinja a 
temperatura de 70 ºC. Determinar o tempo de cozimento necessário e a temperatura máxima 
alcançada pela superfície. Do ponto de vista da qualidade do produto final, qual será a importância 
de avaliar as temperaturas no interior e na superfície do frango? Dados: Massa específica da carne: 
1000 kg/m3, Capacidade térmica: 4000 J/kgK, Condutividade térmica: 0,5 W/mK. Observação: 
Nos cálculos, desprezar os efeitos da radiação térmica. 
 
 
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Lápis
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Problema 11 (ENADE 2014):