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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas Engenharia de Alimentos _____________________________________________________________________________________________ Prova - Fenômenos de Transporte II – 2021 1) Cerveja deve ser aquecida de 20 °C até 85 °C enquanto escoa a 0,3 m/s em um tubo liso de aço inox de 100 m de comprimento e diâmetro de 12 cm. A superfície do tubo é aquecida eletricamente por um fita térmica que fornece um fluxo térmico uniforme ao longo do tubo. A superfície externa da fita térmica é isolada, de forma que toda energia térmica é fornecida para o aquecimento da cerveja. Sabendo que a viscosidade da cerveja é 1,3 × 10-3 Pa.s, determine: a) O fluxo de calor necessário para assegurar que a temperatura de saída da cerveja seja 85 °C. b) O coeficiente convectivo de transferência de calor associado ao escoamento da cerveja no interior do tubo. UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas Engenharia de Alimentos _____________________________________________________________________________________________ 2) A embalagem de uma peça de 3,2 kg de lombo de porco temperado fornece a seguinte informação: Temperatura de armazenamento Tempo de assamento Temperatura do forno Entre -10 ⁰C e -2 ⁰C 4 horas e 15 minutos 140 °C Entre -1 ⁰C e 7 ⁰C 3 horas e 30 minutos 140 °C Entre 7 ⁰C e 12 ⁰C 2 horas e 45 minutos 140 °C Sabendo os riscos que uma pessoa corre ao ingerir carne de porco mal passada, recomenda-se que um termômetro de carne seja usado para controlar o cozimento da carne. Considera-se que a carne esteja bem assada e própria para consumo quando o termômetro inserido no seu centro registrar 77 ⁰C. Supondo que a peça de carne tenha formato esférico e que o número de Biot seja maior do que 0,1, determine: a) O coeficiente de transferência de calor (h), sabendo que a peça foi retirada do congelador a 0 °C e colocada imediatamente no forno. b) A temperatura T da superfície do lombo ao final do cozimento, dada por: Dados do lombo de porco: ρ = 1200 kg/m3; Cp = 4,1 kJ/kg·K; k = 0,92 W/m·K. UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas Engenharia de Alimentos _____________________________________________________________________________________________ 3) Uma indústria de alimentos elimina água quente de seu processo a 85 °C. Essa água entra em um duto e é reaproveitada nos banheiros da empresa, que ficam a 800 m do início do escoamento dentro do duto. A seção transversal do duto é retangular de lados a e b, que medem, respectivamente, 15 cm e 25 cm (veja figura abaixo). A água escoa a 0,2 m/s de velocidade. O resfriamento dessa água dentro do duto ocorre pela troca de calor com a terra na qual o duto encontra-se enterrado. Considerando um coeficiente de troca térmica (h) igual a 1500 W/m2.°C, calcule quantos metros a água terá que percorrer até chegar à temperatura de 23 °C. Suponha que a resistência térmica à condução seja desprezível. Se necessário, use a figura abaixo para calcular as áreas de seção transversal (AT) e superficial (AS) do duto retangular. UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas Engenharia de Alimentos _____________________________________________________________________________________________ a L 4) Suco de laranja é pasteurizado em um trocador de calor a placas, com cada placa medindo 0,5 m de comprimento, 0,3 m de largura e 2 mm de espessura. Considere que, na seção de resfriamento do trocador de calor, o suco escoa a uma velocidade de 4 m/s e com temperatura de 78 °C. O fluido de resfriamento é água fria, a qual mantém a superfície da placa com temperatura igual a 5 °C. Determine o tipo de escoamento (laminar, misto ou turbulento) e a taxa de resfriamento do suco de laranja. A viscosidade do suco é 1,4 × 10-3 Pa.s. AT = a·b AS = 2(a·b + b·L + a·L) b UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas Engenharia de Alimentos _____________________________________________________________________________________________ 0,5 m 2 mm 0 ,3 m UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas Engenharia de Alimentos _____________________________________________________________________________________________ 5) Para a construção de bancadas de laboratório, grandes placas de aço inoxidável com 1 cm de espessura (e), inicialmente a uma temperatura de 20 °C, são aquecidas ao serem passadas por um forno mantido a 500 °C. As placas permanecem no forno durante o período de 2 minutos e posteriormente são moldadas para formação das bancadas. Considere a área total de troca térmica igual a duas vezes a área de cada lado da placa (Atotal = 2(a·b)), pois os dois lados estão em contato com a alta temperatura do forno (calor é transferido pelos dois lados). a) Usando as equações adequadas, determine a temperatura da superfície das placas quando elas saem do forno, considerando que o coeficiente de troca térmica por convecção dentro do forno é de 120 W/m2·°C. b) Prove que as cartas de Heisler também podem ser usadas para determinar a temperatura da superfície das placas quando elas saem do forno (h=120 W/m2·°C). UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas Engenharia de Alimentos _____________________________________________________________________________________________
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