Lista de Exercícios Condução em Regime Transiente

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DOS ALIMENTOS
Transferência de Calor e Massa
4ª Lista de Exercícios 
 Condução de Calor em Regime Transiente
Professora: Bruna de Souza Nascimento
Bolas de aço (k = 40W/m.K; c = 600/kg.K e ρ = 7800 kg/m3) com diâmetro de 12 mm são temperadas pelo aquecimento a 1150K seguida pelo resfriamento lento até 400K em um ambiente com ar a 325K e h = 20 W/m2.K. Estime o tempo necessário para o processo de resfriamento. Resposta: 1122s
Eixos de aço carbono (AISI 1010) com 0,1m de diâmetro são tratados termicamente pelo aquecimento em fornalhas a gás onde os gases se encontram a 1200K e mantêm um coeficiente de transferência de calor por convecção de 100 W/m2.K. Se os eixos entram no forno a 300K, quanto tempo eles devem permanecer no interior da fornalha para que suas linhas de centro atinjam a temperatura de 800K? Resposta: 859s.
Um bloco de cimento (k = 0,72W/m.K; c = 780/kg.K; ρ = 1860 kg/m3 e α = 5,30 x10-7m2/s) de espessura igual a 65cm e originalmente a 25°C, tem suas faces repentinamente exposta a um gás quente a 600ºC. Se o coeficiente de transferência de calor por convecção sobre o lado quente é 7,4 W/m2.K e a outra face do bloco está isolada de tal forma que nenhum calor passa por esta face, determine:
a temperatura no centro do bloco após 20 horas. Resposta: 97°C
o tempo necessário para que face isolada chegue a 260 °C. Resposta: 63,1 h
Um cilindro de magnésio, D = 8 cm, inicialmente a 820°C é imerso rapidamente em água a 35°C. Caso a superfície do magnésio assuma imediatamente a temperatura de 35°C e nela permaneça, calcule o tempo necessário para que o centro do cilindro atinja 200°C. Podemos admitir que a relação entre o comprimento e diâmetro seja muito grande para este cilindro. Considere que não há gradiente de temperatura dentro do cilindro. Dados para o magnésio: k = 158W/m.K; c = 1,039KJ/kg.K e ρ = 1750 kg/m3. Resposta: 7,36s
Em uma etapa de processamento de cenouras, cortes de cenoura de 1cm de largura por 12cm de comprimento, utiliza-se água quente a 95°C para escaldar. Estima-se o coeficiente de película igual a 450W/m2.K e sabe-se que a cenoura inicialmente está a 20°C. Calcule o tempo necessário par que os cortes de cenoura saiam do processo com temperatura central de 70°C. Dados para cenoura: k = 0,5905 W/m.K; c = 3,91KJ/kg.K e ρ = 1027,1 kg/m3. Resposta: 170s.
Uma placa muito longa (k = 0,499W/m.K; c = 3480 KJ/kg.K e ρ = 1037 kg/m3) com 20 cm de espessura e temperatura inicial de 37,8°C é resfriada com ar a 1,7°C e coeficiente convectivo igual a 39,7 W/m2.K. Determine o tempo necessário para que o centro da placa atinja 10°C. Resposta: 16,6h
No preparo de uma festa, a anfitriã deseja resfriar bebidas enlatadas (k = 0,578W/m.K; c = 1,162KJ/kg.K e ρ = 1000 kg/m3) de 18°C até -15°C (centro da lata). A temperatura do congelador é de -18°C e o coeficiente convectivo é igual a 28,4 W/m2.K. As latas possuem diâmetro de 6 cm. Determine o tempo aproximado de resfriamento. Resposta: 15,1 min