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Disciplina de Transferência de Calor B Aula 10 Professora: Keliani Bordin kelianibordin@gmail.com 2017 Pontifícia Universidade Católica do Paraná Escola Politécnica Resistência térmica • Condução • Convecção • Radiação Onde: K= condu<vidade térmica Onde: hconv= coeficiente de transferência de calor por conveção Onde: hrad= coeficiente de transferência de calor por radiação Resistência térmica Exercício 1 Uma parede de um forno é construída de duas camadas: 0,20 m de <jolo refratário (k= 1,2 kcal/h.m.oC) e 0,13 m de <jolo isolante (k = 0,15 kcal/h.m.oC). A temperatura da superRcie interna do refratário é 1675oC e a temperatura da superRcie externa do isolante é 145oC. Desprezando a resistência térmica das juntas da argamassa, calcule: a) O calor perdido por m2 de parede (R = 1482,55 Kcal/h) b) A temperatura da interface refratário/isolante (T = 1428oC) Exercício 2 Um tubo cilíndrico horizontal de aço (k= 26 W/m.K) com 2,5 cm de diâmetro externo e 2,3 cm de diâmetro interno, transporta vapor a 170oC através de um galpão industrial com 60 m de comprimento. O ambiente da fábrica tem uma temperatura média de 30oC e os coeficientes convec<vos de transferência de calor interno e externo são, respec<vamente 6,5 e 9,0 W/m2.K. Se reves<r o tubo com uma espessura de 1,15 cm com lã de vidro (k= 0,026 W/m.K). Qual será a redução na perda de calor com o isolamento? (R = 48 % de redução) Resistência de contato Exercício 3 Considere uma parede plana composta de dois materiais de condu<vidade térmica KA = 0,1 W/m.K e KB = 0,04 W/m.K e espessura LA = 10 mm e LB = 20mm, respec<vamente. O material A é exposto a um fluido a 200oC e o coeficiente de troca de calor por convecção é de 10 W/m2K. O material B é exposto a um fluido de 40oC de temperatura e o coeficiente de troca de calor por convecção é de 20W/m2K. A resistência de contato entre os dois materiais descritos é de 0,06 oC/W. a) Esquema<ze o circuito térmico equivalente. b) Determine qual a taxa de transferência de calor admi<ndo uma parede de 2 m de altura por 2,5 m de largura. (R = 761,9W) Geração de calor Condução com geração térmica – assimétrico Condução com geração de energia: Integrando a equação por partes, tem-se a solução geral para a distribuição de temperatura é: Parede plana: Condições de contorno: Parábola com concavidade para baixo. Se o q” for nega<vo (processos endotérmicos), então a concavidade será voltada para cima Condução com geração de energia: A máxima temperatura, nesse caso ocorre em x=0: Parede plana com simetria: Condução com geração térmica – simétrico Parede adiabática Substituindo o gradiente de temperatura em x=L , resulta: Na parede, em x=L , o balanço de energia tem a forma: Condução com geração térmica – adiabáCco Uma parede plana, com espessura de 0,1 m e condutividade térmica de 25 W/M.K, apresenta uma taxa volumétrica de geração de calor uniforme de 0,3 MW/m3 e está isolada em um de seus lados, enquanto o outro encontra-se exposto a um fluido a 92oC. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre a parede e o fluido é de 500 W/M2K. Determine a temperatura máxima na parede. (R = 212 oC) Exercício Condução transiente Método da capacitância global Método da capacitância global (ou sistema concentrado): - Corpo ou sistema a uma dada temperatura é bruscamente subme<do a novas condições de temperaturas no seu contorno - Resistência interna (condução) <<<< R externa (convecção) - Temperatura no sólido uniforme em qualquer instante de tempo - Sólidos metálicos (elevada k) e pequena dimensão - Recipientes contendo alimento imerso em fluido sob forte agitação (enlatados) - OBS.: Sólidos alimenncios – k é geralmente pequeno e a resistência de condução nunca é desprezada Método da capacitância global Medida da importância rela<va da resistência térmica de condução Fornece uma medida da eficiência rela<va com a qual um sólido conduz e armazena energia térmica Exercício Quando movido de um meio a outro em temperatura diferente, o termopar deve dispor de um tempo suficiente para atingir o equilíbrio térmico nas novas concidções antes que se faça qualquer leitura de medição. Considere um fio de termopar em cobre, com 1 cm de diâmetro, originalmente a 150oC. Determine a resposta à temperatura quando esse fio é rapidamente imerso (t= 1s) em: a) Água a 40oC (h = 80 W/m2K) (R = 148,40oC) b) Ar a 40oC (h= 10 W/m2K) (R = 149,79oC) Dados para o cobre: k= 391 W/m.K; c = 383 J/Kg.K; ρ=8930 kg/m3
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