Fenômenos de Transporte em Engenharia Ambiental e Sanitária

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ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA 
Atividade 2 – Referente às aulas 5, 6, 7 e 8
Disciplina: Fenômenos de Transporte 
Profa. Jeane Batista de Carvalho
AULA 5: Mecanismos de transferência de calor: condução, convecção, radiação e resistência térmica
14) Informa-se que a condutividade térmica de uma folha de isolante extrudado rígido é igual a k = 0,029 W/m.K. A diferença de temperaturas medidas entre as superfícies de uma folha com 20 mm de espessura deste material é C.
a) qual é o fluxo térmico através de uma folha do isolante com 2 m x 2 m?
b) qual é a taxa de transferência de calor através da folha de isolante?
Resposta: q”= 14,5 W/m², q = 58W
15) Você vivenciou um resfriamento por convecção se alguma vez estendeu sua mão para fora da janela de um veículo em movimento ou a imergiu em uma corrente de água. Com a superfície de sua mão a uma temperatura de 30 °C, determine o fluxo de calor por convecção para (a) uma velocidade de 35 no ar a – 5°C com um coeficiente convectivo de 40 e para (b) uma corrente de água com velocidade de 0,2 m/s, temperatura de 10 °C e coeficiente convectivo de 900 . Qual a condição que o faria sentir mais frio? Compare esses resultados com uma perda de calor de aproximadamente 30 em condições ambiente normais.
16) um tubo condutor de vapor 170/160 mm de diâmetros é coberto com duas camadas de isolante térmico. A espessura da primeira camada é 30 mm e aquela da segunda camada = 50 mm. As condutividades térmicas e do tubo e camada de isolantes são 50, 0,15 e 0,08 kcal/h m°C, respectivamente. A temperatura da superficie interna do tubo de vapor é = 300 °C e aquela da superficie externa das camadas de isolante é = 50 °C. Determine a quantidade de calor perdida por unidade de comprimento de tubo de vapor e as temperaturas de contato das camadas de isolante.
Resposta: 240,6 Kcal/h , 222,80 C
AULA 6: Condução: equação da condução, condução em regime permanente e transiente
17) Termopares são sensores muito precisos para medir temperatura. Basicamente, eles são formados pela junção de dois fios de materiais distintos que são soldados em suas extremidades, como na figura abaixo. A junção soldada pode, em primeira análise, ser aproximada por uma pequena esfera de diâmetro D. Considere um termopar usado para medir uma corrente de gás quente, cujas propriedades de transporte são , e . Inicialmente, o termopar de D = 0,7 mm está a 25°C e é inserido na corrente de gás quente a 200°C. Quanto tempo vai ser necessário deixar o sensor em contato com o gás quente para que a temperatura de 199, 9°C seja indicado pelo instrumento? O coeficiente de transferência de calor vale 400 
 
Resposta :7,4 s
18) Em um processo para transportar frangos é necessário que uma câmara frigorifica possua no mínimo -15°C de forma que o frango deve ser resfriado rapidamente dentro de no máximo 2h para preservar a consistência da sua carne. Inicialmente esses frangos se encontram a 25°C, com temperatura uniforme e o coeficiente de troca de calor por convecção na superfície do frango é de 170 . Se modelando os frangos como esferas de 20 cm de diâmetro e considerando ; ; . Encontre:
a) O número de Biot e o número de Fourier; 
b) A temperatura no centro? 
c) Qual o significado físico do número de Biot? O número de Biot deve ser bem maiores para sólidos altamente condutores ou maus condutores? 
19) Em um processo para escaldar ervilhas (; ; ) fez se imersão das ervilhas em água quente a 90°C. O raio médio das ervilhas é 4,8 mm e o coeficiente de troca de calor por convecção de , a ervilha entra a 25°C no processo. Encontre:
a) O número de Biot e o número de Fourier; 
b) O tempo necessário para que o centro das ervilhas esteja a 70°C?
c) Se o raio da médio das ervilhas é agora 6,3 mm, qual a temperatura de saída das ervilhas, decorrido o tempo calculado no item b) 
d) Através do uso das cartas de Heisler, encontre o perfil de temperatura para escaldar as ervilhas nas seguintes condições abaixo. 
(; ; ; ; r = 4,8 cm, para um tempo de 6h).
AULA 7: Convecção: natural e forçada
20) Ar escoa sobre uma placa plana de 1,5 m de comprimento e 2 m de largura. Deseja-se saber quanto de energia é trocada em regime do escoamento se a corrente de ar estiver a 200°C e aplaca estiver a 146 K a velocidade do ar é 0,03 m/s. Para obter os dados complementares, utilize a tabela propriedades – convecção e a tabela de correlações - convecção. Determine:
a) Coeficiente de transferência de calor local e médio ao final da placa. 
b) Qual é a importância do mecanismo de convecção na troca de energia? Como os grupos adimensionais influenciam na transferência de calor por convecção?
O processo de transferência de calor por convecção acontece pela movimentação interna de fluidos esta situação pode ser atribuída ao empuxo atmosférico.
Sendo que o coeficiente de transferência de calor pode ser correlacionado a grupos adimensionais que oportuniza obter a expressão que situa a transferência de calor.
21) Amônia escoa sobre uma placa plana de 2 m de comprimento e 3 m de largura. Deseja-se saber quanto de energia é trocada em regime do escoamento se a corrente de ar estiver a 100°C e a placa estiver a 354°C. a velocidade do ar é 0,04 m/s. Determine:
a) Coeficiente de transferência de calor local e médio ao final da placa;
b) O fluxo de calor total transferido da superfície aquecida.
AULA 8: Radiação: conceitos fundamentais
22) Uma sonda interplanetária esférica, de diâmetro 0,5 m, contém eletrônicos que dissipam 150 W. Se a superfície da sonda possui uma emissividade de 0,5 e não recebe radiação de outras fontes como por exemplo do sol, qual é a sua temperatura superficial?
23) Os gases quentes do interior de uma fornalha são separados do ambiente a 25 °C ( ) por uma parede de tijolos de 15 cm de espessura. Os tijolos tem uma condutividade de 1,0 e uma emissividade de 0,8. A temperatura da superfície externa da parede da fornalha é 100 °C. Considerando que a fornalha está em um grande compartimento cuja temperatura da superfície é igual a temperatura ambiente, qual é a temperatura da superfície interna da parede da fornalha?
ANEXO