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Exercícios Propóstos |
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São Paulo

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Exercícios Propóstos |
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Exercícios Propóstos




EXERCÍCIOS
P.1.2.1. Em uma indústria farmacêutica, pretende-se dimensionar uma estufa. Ela terá a forma cúbica de 1 m de lado e será construída de aço (k = 40 kcal/h.m. oC), com 10 mm de espessura, isoladacom lã de vidro (k= 0,08 kcal/h.m. oC) e revestida com plástico (k= 0,2 kcal/h.m. oC) de 10 mm de espessura. O calor será inteiramente gerado por resistências elétricas de 100 Ω, pelas quais passará uma corrente de 10 A (P = R . i2 ).
Não pode ser permitida uma perda de calor superior a 10 % do calor gerado. Sabendo-se que as temperatura nas faces das paredes, interna e externa, sãorespectivamente 300 oC e 20 oC, pede-se :
a) a resistência térmica exigida na parede da estufa;
b) a espessura da lã de vidro.
DADO : 1 W = 0,86 Kcal/h
Respostas:
A) kAço: 40kcal/h.mºC | kPlástico: 0,2kcal/h.mºC | kLã: 0,08kcal/h.mºC
LAço: 0,01m | LPlástico: 0,01m | LLÃ:
RAço: | Rplástico: | RPlástico:

P=r.i² 1W = 0,86kcal/h
P=100Ω.10A²
P=10000 W 10000 W x0.1(10%) = 1000 W
1000W x 0,86kcal/h = 860kcal/h q=860kcal/h
∆T = 300ºC – 20ºC
∆T = 280ºC
q=∆T x req
860 = 280 x req req = 0,326hºC/kcal
R.: A resistência térmica exigida na parede da estufa é de 0,326hºC/kcal.

A)
B) kAço: 40kcal/h.mºC | kPlástico: 0,2kcal/h.mºC | kLã: 0,08kcal/h.mºC
LAço: 0,01m | LPlástico: 0,01m | LLÃ:
RAço: | Rplástico: |RPlástico:
P=r.i² 1W = 0,86kcal/h
RAço= LAço RAço=0,01 = 0,000041666hºC/kcal
kAço x Nº de paredes 40 x 6
RPlástico= LPlástico RPlástico=0,01 = 0,0083hºC/kcal
kPlástico x Nº de paredes 40 x 6
req = RAço + RPlástico + RLã
Rlã = req – (RAço + RPlástico)
RLã = 0,326 – (0,00004166 + 0,0083)
RLã = 0,317625001hºC/kcal
LLã = R x K x Nº de paredes
LLã = 0,317625001 x0,08 x 6
LLã = 0,15246m = 152,46mm

P.1.2.2. Um tubo de aço ( k = 35 kcal/h.m.oC ) tem diâmetro externo de 3”, espessura de 0,2”, 150 m de comprimento e transporta amônia a -20 oC ( convecção desprezível ). Para isolamento do tubo existem duas opções : isolamento de espuma de borracha ( k = 0,13 kcal/h.m.oC ) de 3” de espessura e isolamento de isopor (k = 0,24 kcal/h.m.oC ) de 2” de espessura.Por razões de ordem técnica o máximo fluxo de calor não pode ultrapassar 7000 Kcal/h. Sabendo que a temperatura na face externa do isolamento é 40 oC, pede-se :
a) As resistências térmicas dos isolantes;
b) Calcule o fluxo de calor para cada opção e diga qual isolamento deve ser usado;
c) Para o que não servir, calcule qual deveria ser a espessura mínima para atender o limite de fluxo de calor.Respostas:
A) RT=ln(re/ri)/(2 x π x k x L) kAço = 35kcal/h.kºC kBorracha = 0,13kcal/hmºC
∆T = 40ºC – (-20ºC) reAço = 3”/2 = 1,5” reBorracha = 1,5 + 3 = 4,5”
∆T = 60ºC riAço = 1,5 – 0,2 = 1,3” riBorracha = 1,5”
kIsopor = 0,24kcal/h.kºC
reIsopor = 1,5 + 2 = 3,5”
riIsopor = 1,5”
RTBorracha=ln(reBorracha/riBorracha) / (2*kBorracha*π*L)
RTborracha=ln(4,5/1,5) /(2*013*π*150)
RTborracha=0,00896665h°C/kcal
RTIsopor=ln(reIsopor/riIsopor) / (2*π*kisopor*L)
RTisopor= ln(3,5/1,5) / (2*π*0,24*150)
RTisopor=0,00374588h°C/kcal
B) Req.borracha = RAço+RTBorracha Req. Isopor = RTaço+RtIsopor
Req. borracha=0,0000434+0,00896665 Req.Isopor =0,00000434+0,00374588
Req. Borracha = 0,00897099h°C/kcal Req.Isopor = 0,00375022h°C/kcal
q.Borracha= ∆TReq.Borrachaq.Isopor= ∆TReq.Isopor
q.Borracha= 600,00897099 q.Isopor= 600,00375022
qB=6688,2250kcal/h q.Isopor=15999,061kcal/h
R.: O Isolamento que deve ser usadoé a borracha.
C) q = ∆TReq 7000= 60req req= 60 / 7000=0,00857143h°C/kcal
req=RAço+Risopor
0,00857143=0,00000434+Risopor
RIsopor=0,0087143-0,00000434
RIsopor=0,00856709h°C/kcal
RIsopor= ln(re/1,5) / (2*π*kIsopor*L)
0,008567=ln(re/1,5) /...
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