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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNA Engenharia Mecânica – Transferência de Calor Lista de exercícios 4 – Mecanismos de transferência Para ser entregue até o dia da primeira avaliação, impreterivelmente. Deverá ser escrito a mão. A entrega fora deste prazo reduzirá o valor do trabalho em 50%! 1) Uma camada de material refratário (krefr=1,5kcal/h.m.°C) de 50mm de espessura está localizada entre duas chapas de aço (kaço=45kcal/h.m.°C) de 6,3mm de espessura. As faces da camada refratária adjacentes às placas são rugosas de modo que apenas 30% da área total estão em contato com o aço (Figura 1). Os espaços vazios são ocupados por ar (kar=0,013kcal/h.m.°C) e a espessura média da rugosidade é de 0,8mm. Considerando que as temperaturas das superfícies externas da placa de aço são 430°C e 90°C, respectivamente, calcule a taxa de transferência de calor que se estabelece na parede composta. OBS : Na rugosidade, o ar está parado, portanto, considerar apenas a condução. 2) Uma tubulação de aço de diâmetro interno 80mm e 1cm de espessura tem condutividade térmica kaço=37kcal/h.m.°C e transporta um fluido (hfluido=195kcal/h.m².°C) a 180°C. Para reduzir a perda de calor, foi colocado um isolamento composto de uma camada de 1,3cm de espessura de amianto (kamianto=0,16kcal/h.m.°C) e uma camada de 2cm de espessura de lã de rocha (klã=0,046 kcal/h.m.°C). a) Calcular a perda de calor por metro de tubulação, sabendo-se que a temperatura na superfície externa da lã de rocha é 38°C. b) Calcular a emissividade da superfície da lã de rocha sabendo-se que a temperatura do ar ambiente é de 27°C e que hambiente=17,2kcal/h.m².°C. 3) Uma superfície com área de 0,5m², emissividade igual a 0,8 e temperatura de 150ºC é colocada no interior de uma grande câmara de vácuo cujas paredes são mantidas a 25ºC. Determine: a) a taxa de emissão de radiação pela superfície; b) a taxa de troca de calor entre as superfícies. 4) Uma barra cilíndrica de cobre, com 100cm de comprimento e 5cm² de seção transversal, foi colocada em um aparato que permitiu a seguinte configuração: uma das extremidades está imersa em um banho de vapor d’água sob pressão normal; a outra extremidade está imersa numa mistura de gelo fundente e água. Sendo o coeficiente de condutibilidade térmica do cobre 0,92cal/s.cm.°C e desprezando as perdas de calor pela superfície lateral da barra, determine a taxa de transferência de calor através da barra no SI. 5) Uma parede de 5m2 de área transversal, composta por dois materiais, aço carbono 1010, com kaço=63,9W/m.K e espessura de 25cm e isolante com kiso=1W/m.K, de espessura a ser determinada, é colocada para separar dois meios. De um lado da parede, tem-se os gases de uma combustão a 600°C e coeficiente de troca de calor por convecção igual a 500W/m².K; do outro lado, tem-se ar ambiente, e a temperatura desta parede é de . Sabendo-se que as normas ambientais limitam a temperatura da parede externa em 180°C e a liberação de energia à taxa de 4200W/m², pede-se: a) determinar qual placa isolante deverá ser utilizada, sabendo-se que ela está disponível no almoxarifado em duas espessuras: 8cm e 15cm. Justificar a resposta. b) nas condições escolhidas, determinar a temperatura da interface aço-isolante. c) determinar o coeficiente de película do ar exterior à sala de combustão sabendo que a temperatura da sala é de 40°C e a emissividade do isolante é de 0,80. 6) Vapor d’água escoa em um tubo de aço (kaço=50W/mK) com raio interno de 0,2m e uma espessura de parede de 3mm. O isolamento térmico aplicado em torno do tubo tem 0,1m de espessura com uma condutividade térmica de 0,07W/mK, e o coeficiente convectivo entre a superfície externa do isolante e o ar ambiente a 25ºC é 25W/m²K. Determine a queda de temperatura através do isolamento e o fluxo de calor em relação á área externa do tubo, para cada metro de tubo. 7) Uma casa possui uma parede composta com camadas de madeira, isolamento à base de fibra de vidro e gesso, conforme indicado na figura 1. Em um dia frio de inverno, os coeficientes de transferência de calor por convecção são de hexterno=60W/m².K e hinterno=30W/m².K. A área total da superfície da parede é de 350m². Figura 1 a) Determine uma expressão para a resistência térmica total da parede, desprezando a radiação. b) Para as condições de temperatura interior da casa Tinterno=20°C e temperatura do ambiente externo Texterno=–15°C, determine a perda total de calor através da parede, sabendo- se que: kgesso=0,17W/m.K; kfibra=0,038W/m.K; kmadeira=0,12W/m.K 8) Ar, a 20°C, sopra sobre uma placa aquecida, de 50cm⨯75cm, mantida a 250°C. O coeficiente convectivo de transmissão de calor é 25W/m²°C. Determine a taxa de transferência de calor da placa por convecção para o ambiente. 9) Considerando que a placa do exercício (8) é feita de aço inoxidável (1% C), com 2cm de espessura, e que 300W é perdido da superfície da placa por radiação, calcule a temperatura da face interna da placa. Dados: kAçoInox1%C=43W/m°C. 10) Duas placas pretas infinitas (corpos negros ou radiadores perfeitos) a 800°C e 300°C trocam calor por radiação. Calcule o fluxo de calor entre as placas. 11) Uma corrente elétrica passa através um fio de 1mm de diâmetro e 10cm de comprimento. O fio é submerso em água à pressão atmosférica, e a corrente é aumentada até que a água ferva. Para esta situação, h=5.000W/m²°C, e a temperatura da água é 100°C. Quanto de potência elétrica deve ser fornecida para o fio para manter a superfície do fio a 114º? Respostas: 1) Q=4583kcal/h 2) a- Q=117,84kcal/h; b- ɛ=0,60 3) a- Qem=626,25kcal/h; b- Qrad=471,90kcal/h 4) Q=16,56kcal/h 5) a-a de 15cm; b- 584,08°C; c-h=8,70W/m².K 6) �T=70,307°C; 42,28W/m² 7) a- ������ = �. + �� ��. + �� ��. + �� ��. + �. ) b- Q=4216,86W 8) 2156W 9)Tint=253,05°C 10) 69kW/m² 11) 22W
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