Lista de Transfer ncia de calor (3)

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Gabarito das Listas de Exercícios
(Questão 1) Uma parede plana de espessura 0,1 m e condutividade térmica 25 W/mK com geração volumétrica de calor uniforme de 0,3 MW/m3 é isolada de um lado enquanto o outro lado é exposto a um fluído a 92 °C. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre a parede e o fluído é 500 W/m2K. Determine a temperatura máxima da parede ?
Fazendo um balanço de energia na parede:
pareda isolada
transporte convectivo na outra extremidade
Podemos encontrar Ts1 com as equações acima.
Para encontar a T0 (na parte isolada da parede), podemos utilizar a equação no plano médio, ou seja:
temperatura máxima
Só para complementar, a distribuição de temperatura fica da seguinte forma:
(Questão 2) Em uma parede plana de espessura 2L e condutividade térmica k ocorre geração volumétrica uniforme a uma taxa q. Conforme mostrado no esboço do caso 1, a superfície em x = -L é perfeitamente isolada, enquanto a outra superfície é mantida a uma temperatura uniforme constante T0. Para o caso 2, uma fita dielétrica fina é inserida no meio da parede (x = 0), com a finalidade de isolar eletricamente as duas seções, A e B. A resistência térmica da fita é Rt´´ = 0,0005 m2 K/W. Os parâmetros associados à parede são k = 50 W/mK, L = 20 mm, qger = 5 x 106 W/m3 e Ts = 50°C.
Ponto importantes - Parede simétrica
 
A distribuição de temperatura fica da seguinte forma:
Lembrar que neste caso, o gráfico é de
0 a 2L.
Para a item (b), vamos analisar em termos de resistências. Assim, podemos identificar tres
resistencias: Ra, Rfita e Rb
Fazendo um balanço de energia na Região da Fita.
onde:
Sendo qfinta obtido por:
A nova distribuição de temperatura deve levar o acrescimo de DT.
(Questão 3) Na figura a seguir, é mostarda a seção transversal de um elemento combustível cilíndrico de um reator nuclear. A geração de energia ocorre uniformemente no bastão combustível de tório, cujo diâmetro é D = 25 mm e que se encontra envolto por um fino revestimento de alumínio.
 (a) É proposto que, em condições de regime estacionário, o sistema opera com uma taxa de geração de energia qger = 7 x 108 W/m3 e as características do sistema de resfriamento são T = 95 °C e h = 7000 W/m2K. Essa proposta é satisfatória ?
 (b) Explore o efeito de variações em qger e h, representando graficamente as distribuições de temperatura, T(r), para uma faixa de valores de parâmetros. Sugira uma região com condições operacionais aceitáveis.
Temos que:
ou
Da tabela A1 do Incropera, obtemos: 
Ponto de Fusão do Aluminio
A fina camada de aluminio derretue
A melhor estratégia é diminuir o Ts
Ponto de Fusão do Tório
Aumentando o h, o Ts diminui a menos de 500
Aumentando o qger, o Ts diminui a menos de 500
Devemos analisar qual a melhor estratégia para o par, qger - h
(Questão 4) Uma aleta plana fabricada de liga de alumínio (k = 185 W/mK) possui uma espessura na base de t = 3 mm e comprimento L = 15 mm. A temperatura de sua base é Tb = 100°C, e está exposta a um fluído a T = 20°C e h = 50W/m2K. Para as condições citadas e uma aleta de largura unitária, compare a taxa de calor, eficiência para aletas de perfis retangular, triangular e parabólico. 
Aleta Retangular
Aleta Triangular
Aleta Parabolica
Aleta Retangular
Aleta Triangular
Aleta Parabolica
(Questão 5) Uma barra de latão de 100 mm de comprimento e 5 mm de diâmetro se estende horizontalmente de um molde de fundição a 200°C. A barra está no ar ambiente com T=20°C e h = 30W/m2K. Qual é a temperatura da barra a 25, 50 e 100 mm a partir do molde ?