lista exercícios condução parede plana

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Bacharelado em Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia
	Unidade Curricular:
	Fenômenos de Transporte II
	Turma:
	
	Professor:
	Marlene Guevara dos Santos
	Ano/semestre:2018/2
	Data:
	Aluno (a)
	 
	
	Lista de exercícios- condução unidimensional, regime permanente, sem geração de energia interna em parede plana.
1)Uma janela de vidro duplo (cada um com espessura de 4 mm e K=3,52W/mK) possui uma camada de ar de 1 cm entre os vidros (o coeficiente h deste ar é de 2,56W/m2K). O ar externo está a -10°C com um coeficiente convectivo de transferência de calor de 175 W/m²K. A superfície da camada de vidro em contato com o ambiente interno está a 298 K. Determine a taxa de transferência de calor e a temperatura mais baixa na camada de ar. 
Solução: 88 W/m², -9,4ºC; 
2. Uma parede de um forno é constituída de duas camadas : 0,20 m de tijolo refratário (k =1,2 kcal/h.m.oC) e 0,13 m de tijolo isolante (0,15 kcal/h.m.oC). A temperatura dos gases dentro do forno é 1700oC e o coeficiente de película (coeficiente h convecção) na parede interna é 58 kcal/h.m2.oC. A temperatura ambiente é 27 oC e o coeficiente de película na parede externa é 12,5 kcal/h m2 oC. Desprezando a resistência térmica das juntas de argamassa, calcular :
a) o fluxo de calor por m2 de parede; Resp- 
b) a temperatura nas superfícies interna e externa da parede. T1 1675 e t2 145
3. A parede de um edifício tem 30,5 cm de espessura e foi construída com um material de k = 1,31 W/m.K. Em dia de inverno as seguintes temperaturas foram medidas : temperatura do ar interior = 21,1 oC; temperatura do ar exterior = -9,4 oC; temperatura da face interna da parede = 13,3 oC; temperatura da face externa da parede = -6,9 oC. Calcular os coeficientes de película interno e externo à parede. Resp q=86,76W/m2 e h 11,12 w/m2K h2 34,72 W/m2K
5. Um reator de paredes planas foi construído em aço inox e tem formato cúbico com 2 m de lado. A temperatura no interior do reator é 600 oC e o coeficiente de película interno é 45 kcal/h.m2.oC. Tendo em vista o alto fluxo de calor, deseja-se isola-lo com lã de rocha ( k= 0,05 kcal/h.m.oC) de modo a reduzir a transferência de calor. Considerando desprezível a resistência térmica da parede de aço inox e que o ar ambiente está a 20oC com coeficiente de película 5 kcal/h.m2.oC, calcular : 
a) O fluxo de calor antes da aplicação da isolamento; q=62640 Kcal/h
b) A espessura do isolamento a ser usado, sabendo-se que a temperatura do isolamento na face externa deve ser igual a 62 oC; q=5040 e L=12,73 cm
c) A redução ( em % ) do fluxo de calor após a aplicação do isolamento. 91,95%
6. A parede plana de um tanque para armazenagem de produtos químicos é constituída de uma camada interna à base de carbono ( k = 10 Kcal/h.m.oC ) de 40 mm de espessura, uma camada intermediária de refratário ( k = 0,14 Kcal/h.m.oC ) e um invólucro de aço ( k =45 Kcal/h.m.oC ) com 10 mm de espessura. Com a superfície interna da camada carbono a 190 oC e o ar ambiente a 30 oC, a temperatura da superfície externa do aço não deve ser maior que 60 oC por motivos de segurança do trabalhadores. Considerando que o coeficiente de película no ar externo é 12 Kcal/h.m2.oC, determine :
a) a espessura mínima do refratário;
b) a temperatura da superfície externa do aço se a camada de refratário for trocada por uma de isolante ( k = 0,03 Kcal/h.m.oC ) de mesma espessura.
7)Na figura a seguir é mostrado um conjunto de paredes planas compostas.
a.Calcule o fluxo de calor unidimensional, permanente; Q=237120 w/m^2
b.Determine a temperatura em todas as interfaces.
Considere dado: Área(b) = Área(c) , ka= 175 [W/mºC], kb= 40 [W/mºC], kc= 50 [W/m°C], kd= 80 [W/m°]. 
T1= temperatura
T4=temperatura da parede externa 2. 
8) Considere uma parede plana de duas camadas de materiais diferentes M1 e M2, conforme mostrado na figura a seguir. A camada M1 está em contato com um fluido a está temperatura Tf1 = 250ºC, com coeficiente hf1 = 15 W/m2K. A camada M2 está em contato com um fluido a temperatura Tf2 = 50°C, com coeficiente de convecção hf2 = 25 W/m2K. 
Dados: Material M1: k1 = 0,1 W/mK 
Material M2: k2 = 0,05 W/mK
Para as condições expostas: 
a. Faça o circuito térmico correspondente ao circuito elétrico. 
b. Calcule o fluxo de calor (q”= q/A) 
c. Determine as temperaturas Tp1, Tp2 e Ti (temperatura na interface), correspondentes a superfície interna, superfície de contato entre M1 e M2, e a superfície externa. 
d. Determine a temperatura na posição x=5 cm, com a origem na parede interna. 
9) A parede composta de um forno possui três materiais, dois dos quais com condutividade térmica, KA = 20 W/m.K e KC = 50 W/m.K, e espessura LA = 0,30 m e LC = 0,15 m conhecidas. O terceiro material, B, que se encontra entre os materiais A e C, possui espessura LB = 0,15 m conhecida, mas a sua condutividade térmica KB é desconhecida. Sob condições de operação em regime estacionário, medidas revelam um temperatura na superfície externa do forno de TS,E = 20 ˚C, uma temperatura na superfície interna de TS,I = 600 ˚C e uma temperatura do ar no interior do forno de T∞ = 800 ˚C. O 
convectivo interno h é conhecido, sendo igual a 25 W/m2K. Qual o valor de KB ? 
R. 1,53 W/mK.
10)As paredes de uma casa são constítuidas como mostra a figura. Os coeficientes de convecção interior e exterior são, respectivamente, de 7 e 20 W/m2K. A temperatura do ar no interior é de 18oC e no exterior é de 5oC. As condutibilidades térmicas do betão e do isolamento são iguais a 1,21 W/mK e 0,1 W/mK, respectivamente.
a)	Calcule o fluxo de calor que atravessa as paredes.
b)	Qual o fluxo se as paredes não tivessem isolamento?
c)	Determine as temperaturas da superfície interior e exterior da parede.
d)	Represente graficamente a variação de temperatura entre o interior e o exterior.
e)	Qual das resistências térmicas é a principal responsável pelo valor do fluxo de calor para o exterior?
f)	Suponha que se substitui a parede da figura anterior por uma outra constituida por duas camadas de betão de 5 cm cada, separadas por uma camada de ar de 5 cm de espessura. Admitindo que o transporte de energia através da camada de ar se realiza apenas pelo modo da condução (ar = 0,025 W/mK, calcule o novo fluxo de calor, comparando-o com o obtido em a).
	11)Uma sala tem uma parede exterior de betão (k = 1,21 W/mK) com 20 cm de espessura, na qual existe uma janela de vidro (k = 0,8 W/mK) de 6 mm de espessura.
Para as condições referidas, verifique em qual das superfícies interiores (betão ou vidro) é menor a temperatura. Porquê?
L
mm
m
L
mm
m
k
Kcal
h
m
C
k
Kcal
h
m
C
k
Kcal
h
m
C
h
Kcal
h
m
C
T
C
T
C
o
o
o
o
o
o
1
2
1
2
3
2
1
5
40
0
04
10
0
01
10
0
14
45
12
190
30
=
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