Trabalho AV1

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TRABALHO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA
ALUNOS: NILTON BENTO DA SILVA JUNIOR		201201601681
	RENAN CARDOSO DE OLIVEIRA 		201309050953
	VICTOR BRUNO HEINZ MARIA			201201577756
Um forno retangular de uma fábrica de cerâmica está isolado com duas camadas, sendo a primeira, que está em contato com a carga do forno, de refratário especial (k=0,8 kcal/h. m.°C) e a outra de um bom isolante (k = 0,2 kcal/h. m.°C). Sabe-se que a temperatura da face interna do forno de 800°C e que a temperatura do ar ambiente é de 30°C (h=25 kcal/h. m.°C). O fluxo de calor através da parede do forno, de 50 cm de espessura, é igual a 900 kcal/h. m. Pede-se:
Camada Interna K1 = 0,8 Kcal/h mºC 		
Camada Externa K2 = 0,2 Kcal/h mºC
T1 = 800ºC T∞ = 30ºC
h = 25 Kcal /h. m ºC
Ltotal = 0,5 m
q = 900 Kcal / m
a) A espessura de cada camada que forma a parede do forno.
q = ∆T/Rt	900 = (800-30)/Rt		Rt = 0,967 h.ºC/Kcal
Rt = (L1/k1.A)+(L2/k2.A)+(1/h.A)		0,967 = (L1/0,8.1)+(L2/0,2.1)+(1/25.1)
L1+L2 = 0,5		L2 = 0,5 – L1
0,967 = 1,25.L1+((0,5-L1)/0,2.1)+0,04		0,967 = 1,25.L1+2,5- 5.L1+0,04
0,967 = 2,54 – 3,75.L1		L1 = 0,4195m	e	0,4194+L2 = 0,5		L2 = 0,0806m
b) A temperatura da interface das camadas.
q = ∆Text/Rext	Rext = R2+Rar	Rext = (L2/k.A)+(1/h.A) = 0,403+0,04	Rext = 0,443 h.ºC/Kcal
900 = (T2 – 30)/0,443		T2 = 428,7 ºC
c) Se for especificado de uma temperatura máxima de 50°C na parede externa do forno, qual a nova espessura isolante necessária?
q’ = ∆T/Rt	q’ = (T3-T∞)/(1/h.A)	q’ = (50-30).(h.A)	q’ = 400 Kcal / m
q’ = ∆T/Rt	q’ = (T1-T3)/(L1/k1.A)+(L2/k2.A)	 400 = (800-50)/(0,4195/0,8.1)+(L2/0,2.1)
209,8 + 2000.L2 = 750		2000.L2 = 540,2		L2 = 0,2701 m
Um submarino deve ser projetado para proporcionar uma temperatura agradável à tripulação não inferior a 25ºC. O submarino pode ser idealizado como um cilindro de 12 m de diâmetro e 60 m de comprimento. O coeficiente de película interno é cerca de 13 kcal/h.m2.°C, enquanto que, no exterior, estimasse que varie entre 100 kcal/h.m2.°C (submarino parado) e 500 kcal/h.m2.°C (velocidade máxima). A construção das paredes do submarino é do tipo sanduíche com uma camada externa de 20 mm de aço inoxidável (k=15 Kcal/h.m.°C), uma camada de 30 mm de fibra de vidro (k=0,1 Kcal/h.m.°C) e uma camada de 10 mm de alumínio (k=150 Kcal/h.m.°C) no interior. Determine a potência necessária (em kW) da unidade de aquecimento requerida se a temperatura da água do mar varia entre 5°C e 10°C. 				DADO: 1 KW= 860 Kcal/h
Tint = 25ºC	r = 6 m		L = 60 m	hint = 13 kcal/h.m2.°C
hext = 100 kcal/h.m2.°C à 500 kcal/h.m2.°C (Usar 500 kcal/h.m2.°C, pois é o pior caso do coeficiente de película externo)
Linox = 20 mm = 0,02 m			kinox = 15 Kcal/h.m.°C
Lvidro = 30 mm = 0,03 m			kvidro = 0,1 Kcal/h.m.°C
Lal = 10 mm = 0,01 m			kal = 150 Kcal/h.m.°C
Tágua = 5°C à 10°C (Usar 5ºC, pois é o pior caso de temperatura)
q = ∆T/Rt		q = (Tint-T)/Rt
Rt = (1/(hint.A))+(Lal/(kal.A))+(Lvidro/(kvidro.A))+(Linox/(kinox.A))+(1/(hext.A))
Rt = (1/(2.π.r.L)).((1/hint)+(Lal/kal)+(Lvidro/kvidro)+(Linox/kinox)+(1/hext))
Rt = (1/(2.π.6.60)).((1/13)+(0,01/150)+(0,03/0,1)+(0,02/15)+(1/500))
Rt = 4,421.10-4.(0,0769+6,6667.10-5+0,3+1,3333.10-3+2.10-3) = 0,1681.10-3 h.ºC/Kcal
q1 = (25-5)/0,1681.10-3 = 118976,8 Kcal / m = 118976,8/860 kW = 138,3 kW
Um reservatório esférico (k= 1,7 kcal/h.m.ºC) de diâmetro externo 1,4 m e interno 1,3 m é aquecido internamente por resistência elétrica de modo a manter a temperatura da superfície externa a 80ºC. Quando água de chuva a 20ºC flui pelo lado externo do reservatório, durante uma tempestade, a potência requerida na resistência é 130 KW. Quando o ar atmosférico a 20ºC flui pelo lado externo do reservatório, durante uma ventania, a potência requerida é 25 KW.		DADO: 1 KW= 860 kcal/h
k = 1,7 kcal/h.m.ºC
rext = 0,7 m	rint = 0,65 m	Text = 80ºC
Tchuva = 20ºC	qágua = 120 KW = 120.860 kcal/h = 103200 kcal/h
Tar = 20ºC	qar = 25 KW = 25.860 kcal/h = 21500 kcal/h
a) Calcular os coeficientes de película para os fluxos de água e ar.
qágua = ∆T/Rt		103200 = (80-20)/(1/h1.A)		103200 = (80-20).h1.4.π.rext²
103200 = 369,4513.h1		h1 = 279,33 kcal/h.m² ºC
qar = ∆T/Rt		21500 = (80-20)/(1/h2.A)		21500 = (80-20).h2.4.π.rext²
21500 = 369,4513.h2		h2 = 58,19 kcal/h.m² ºC
b) Calcular a temperatura da superfície interna do reservatório em ambos os casos.
qágua = ∆T/Rt		103200 = (T-80)/((1/rint -1/rext)/k.4.π)
103200 = (T-80). k.4.π /0,1099		Ti1 = 610,91ºC
qar = ∆T/Rt		21500 = (T-80)/((1/rint -1/rext)/k.4.π)
21500 = (T-80). k.4.π /0,1099		Ti2 = 110,61ºC