Lista - Transferencia de calor unidimensional

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<p>Exercícios – transferência de calor undimensional</p><p>1°) A câmara fria de um frigorífico tem a forma cúbica com cada lado 3,X m. As</p><p>paredes são compostas por uma folha externa de aço carbono com 6,35 mm de</p><p>espessura, uma camada intermediária de 100 mm de cortiça e uma folha interna de 6,35</p><p>mm de uma liga de alumínio. Interfaces adesivas entre o isolante e as folhas metálicas</p><p>são, cada uma, caracterizadas por uma resistência térmica de contato de 2,5 x 10-4</p><p>m2.K/W. Em regime estacionário, qual é a carga de resfriamento que deve ser mantida</p><p>na câmara fria sob condições nas quais as temperaturas das superfícies externa e interna</p><p>sejam 22°C e – 6°C, respectivamente? Dados: kalumínio = 173 W/(mK); Kaço = 64</p><p>W/(mK); kisolante = 0,039 W/(mK). Obs.: X é o segundo número de sua matricula.</p><p>2°) A parede plana de uma câmara frigorífica é composta de uma chapa externa de aço</p><p>de espessura LA = 2 mm com condutividade térmica KA = 40 W/(m°C) e de uma chapa</p><p>interna de plástico de espessura Lp = 3 mm com condutividade térmica Kp = 0,20</p><p>W/(m°C). Entre essas chapas há uma camada de lã de vidro de espessura L = 5 cm e</p><p>condutividade térmica Klv = 0,04 W/(m.°C). A área total de parede da câmara é 3Y m2.</p><p>A chapa de aço está em contato com o ar ambiente, que permanece com temperatura</p><p>25°C e coeficiente de transferência de calor por convecção har = 4 W/(m2°C) .</p><p>Determine a quantidade de calor que o equipamento de refrigeração deve retirar por</p><p>minuto do interior da câmara frigorífica, para que a superfície da chapa de plástico em</p><p>contato com o ar interno permaneça a - 10°C. Faça um esquema da parede. Obs.: Y é o</p><p>último número de sua matrícula.</p><p>3°) Um tubo de cobre de paredes delgadas e raio r, é usado para transportar um</p><p>refrigerante a baixa temperatura, numa temperatura Ti menor do que a do ar ambiente</p><p>T∞ em torno do tubo. Devido à necessidade de diminuir a perda térmica através da</p><p>parede deste tubo, você foi solicitado para resolver o problema. Seu chefe sugeriu</p><p>colocar sobre o tubo uma camada de isolante de 6 mm por julgar esta espessura de bom</p><p>tamanho. Sabendo-se que a condutividade térmica do isolante disponível é de 0,055</p><p>W/(mK) e o coeficiente de convecção do ar externo de 5 W/(m2.K), e que o diâmetro da</p><p>tubulação é de 10 mm, qual seria sua opinião sobre a sugestão de seu chefe? Ele tem</p><p>razão? Justifique sua resposta por meio de cálculos. Caso você discorde dele que</p><p>espessura de isolamento você recomendaria? Para resolução deste problema sugere-se</p><p>que leia sobre raio crítico de isolamento.</p><p>4°) Um fio elétrico de 3 mm de diâmetro e 5 m de comprimento está firmemente</p><p>recoberto com uma cobertura plástica de 2 mm de espessura, cuja condutividade térmica</p><p>é k = 0,15 W/(m.°C). A potência dissipada pelo fio é de 80 W devido o aquecimento por</p><p>efeito Joule. A temperatura na interface entre o fio e a cobertura plástica é de 105°C</p><p>para uma determinada temperatura do ar ambiente com um coeficiente de transferência</p><p>de calor de h = 12 W/(m2.°C). Determine a temperatura ambiente em que o fio se</p><p>encontra. Para melhorar a perda de calor pelo condutor e evitar aquecimento excessivo</p><p>você recomendaria trocar o condutor por outro idêntico, porém sem cobertura?</p><p>Justifique sua resposta.</p><p>5°) Um tanque esférico de 3 m de diâmetro interno e de 2 cm de espessura de aço</p><p>inoxidável (k = 15 W/(m.°C)) é usado para armazenar água gelada (com gelo) a T∞,1 =</p><p>0°C. O tanque encontra-se numa sala cuja temperatura é T∞,2 = 22°C (= vizinhança). A</p><p>superfície externa do tanque é de cor preta (emissividade 0,85). Os coeficientes de</p><p>convecção nas superfícies interna e externa do tanque são respectivamente h1 = 80</p><p>W/(m2.°C) e h2 = 10 W/(m2.°C) . Determine: (a) a temperatura na superfície externa do</p><p>tanque se a taxa de transferência de calor para a água gelada é de 7697,7 W (b) a</p><p>quantidade de gelo que derrete durante um período de 24 horas sabendo-se que o calor</p><p>latente de fusão do gelo a 0°C é de 333,7 kJ/kg. σ = 5,67 x 10-8 W/m2.K4. Obs.:</p><p>Observe que na superfície externa do tanque há transferência de calor por convecção e</p><p>por radiação (é necessário considerar uma resistência em paralelo nesta superfície).</p><p>6°) Um recipiente esférico contém oxigênio liquido saturado que é mantido na pressão</p><p>PLOx = 25 psia. A temperatura de saturação nesta pressão é TLOx = 95.6 K. O recipiente</p><p>consiste em um revestimento metálico interno e externo separado por uma espuma de</p><p>poliestireno como isolante. O raio da camada interna metálica é de rmli,in = 10,0 cm e</p><p>espessura de thm = 2,5 mm. A camada metálica externa tem a mesma espessura de 2,5</p><p>mm. A condutividade térmica de ambas as camadas é de km = 15 W/(m.k). O</p><p>coeficiente de transferência de calor entre o oxigênio e a parede interna é de hin = 150</p><p>W/(m2.K). A superfície externa do recipiente esférico está em contato com o ar a</p><p>temperatura 20°C. A temperatura da vizinhança também é de 20°C. A emissividade da</p><p>superfície externa é de Ɛ = 0,7. O coeficiente de transferência de calor entre a parede</p><p>externa e o ar é de hout = 6 W/(m2.K). A resistência de contato entre as interfaces</p><p>isolamento e a camada de metal é de R”c = 3,0 x 10-3 (K.m2)/W. A espessura do isolante</p><p>é de thins = 1,0 cm + (xy)/10. Você está experimentando avaliar o impacto do uso do</p><p>poliestireno no lugar de um outro isolamento mais caro que é atualmente utilizado.</p><p>Considere a condutividade do poliestireno de kins = 330(μW)/(cm.K).</p><p>a) Represente graficamente todas as resistências térmicas por meio de um circuito</p><p>térmico;</p><p>b) Determine a taxa de transferência de calor para o interior do recipiente considerando</p><p>que a espessura do isolamento é igual 1,0 cm + (xy)/10 onde x é o primeiro e o y último</p><p>número de sua matricula. Exemplo: ES 89997, espessura do isolante igual 1,0 + 87/10 =</p><p>9,7 cm. Considere a resistência térmica a radiação igual a 1,91 K/W</p><p>7°) Resolva os seguintes exercícios do capítulo 2 do livro Energia e Fluidos, V.3:</p><p>7, 8, 16, 17, 23, 27, 35, 54, 62, 75 e 76.</p>