Fisica4

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Exercícios Propostos – FENÔMENOS DE TRANSPORTE II – 2ºSEM2012 [2ª parte – até PAF] Nomenclatura: SV – Profa. Silvia Velázquez ; EA – Prof. Edvaldo Angelo ; GA – Prof. Gabriel Angelo

AULA VII – AULA DE EXERCÍCIOS
1) EA/GA. Um ringue de patinação está localizado em um edifício onde o ar está a temperatura de Tar = 20 ºC e as paredes estão a T paredes = 25 ºC. O coeficiente de transferência decalor por convecção entre o gelo e o ar circundante é de 10 W/m 2.K. A emissividade do gelo é de 0,95. O calor latente de fusão do gelo é 333,7 kJ/kg e sua densidade é 920 kg/m 3. (a) Calcular a carga do sistema de refrigeração necessária para manter o gelo a temperatura superficial T S = 0 ºC em um ringue de patinação de 12 m por 40 m. (b) Quanto tempo levaria para derreter 3 mm de gelo da superfíciedo ringue, caso não seja fornecido resfriamento para a superfície (admita que não se altere a condição de transferência de calor durante o derretimento). Considere a base e as laterais do ringue de patinação perfeitamente isoladas. Obs. A carga térmica solicitada é a própria taxa de transferência de calor.

Respostas: a) 156283,43 W; b) 2828,74 segundos. 2) EA/GA/SV. Chips quadrados de Lado L =15 mm e espessura 2 mm são montados em um substrato isolante que se localiza em uma câmara cujas paredes e o ar interior são mantidos à temperatura de Tviz = TAR = 25 ºC. Os chips têm uma emissividade de 0,6 e temperatura superficial máxima de trabalho permitida de 85 ºC. Se calor é descartado pelo chip por radiação e convecção natural, determine: a) a taxa de transferência de calor total trocadapor cada chip. b) a taxa de geração de energia operacional máxima por volume unitário em cada chip. O coeficiente de troca de calor por convecção natural pode ser determinado pela seguinte expressão empírica: 1/ 4 h  C  TSUPERFICIE  TAR  , onde C  4, 2 W /  m2 K 5/ 4  Admita: I) Regime permanente e II) Perdas de calor pela lateral e fundo dos chips desprezíveis.

Respostas: a) 0,223 W; b)4,959.10-4 W/mm3

3) EA/GA/SV. O telhado de uma casa consiste em uma laje plana de concreto de 15 cm de espessura (de material com condutividade térmica de 2 W/m.K) com 15 metros de largura e 20 m de comprimento. A emissividade da superfície externa do telhado é 0,9. A superfície interna do telhado é mantida a 15 ºC enquanto a superfície externa do mesmo mantém-se a 8,64 ºC. Em uma noite clara deinverno, o ar ambiente (externo) está a 10 ºC, enquanto a temperatura noturna do céu para a troca de calor por radiação é de 255K. Determinar o coeficiente de transferência por convecção (médio) externo. Resposta: 15,1 W/m2.K 4) EA/GA. Uma panela de pressão está sendo testada em laboratório e deseja-se obter a vazão em massa de vapor de água que sai da válvula durante a operação. No teste a taxade transferência de calor pelo fundo da panela é igual a 350 W (panela recebendo energia). Usando um modelo geométrico simplificado (no qual a panela é aproximada por um cilindro de diâmetro igual 20 cm a e altura igual a 12 cm) determine a vazão em massa de vapor lançada no ambiente quando a panela opera a pressão interna absoluta (e constante) de 198530 Paabs. Em seus cálculos admita que o arambiente e as vizinhanças estejam em temperatura de 28ºC. Admita que o coeficiente de transferência de calor por convecção interno à panela seja extremamente elevado, que a resistência à condução na parede da panela seja desprezível, o coeficiente de transferência de calor externo (com o ar) tenha valor de 20 W/m 2.K e a superfície externa da panela tenha emissividade de 0,8. O teste é conduzido emcondição em que sempre há água líquida e vapor no interior da panela. Admita como uma simplificação grosseira a hipótese de regime permanente, ou seja, que a mesma quantidade de vapor retirada pela válvula é acrescentada de água líquida na temperatura de 120ºC (por uma tubulação ligada à panela e não indicada no desenho). Assuma que o fundo da panela só troque calor com os gases quentes da...
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