Termodinâmica

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Exercícios: Transferência de Calor por Convecção

1) Em uma placa plana de 150 X 100 mm, eletricamente aquecida, a máxima temperatura permissível no centro da placa é 135 oC. Para este caso específico o número de Grashof é 2,2 x 107 e o número de Prandlt é 0,7. Sabendo que a equação empírica, obtida com o auxílio da análise dimensional, que descreve a convecção natural ( regime laminar ) em umaplaca plana é dada pela equação:

Calcular o fluxo de calor por transferido por convecção, por ambos os lados da placa, para o ar atmosférico a 25 oC (kar = 0,026 Kcal/h.m.oC).
A dimensão característica (L) é comprimento da placa: L =0,15 m

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 (0,15kcal/h.m.oC). A temperatura dos gases dentro do forno é 1700oC e o coeficiente de película 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;
b) a temperatura nas superfícies interna e externa da parede.Considere uma área unitária da parede ( A=A1=A2=1 m2 )

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.



4) Um forno de formato cúbico, com altura de 6 ft, está isolado com 4" de um material isolante de condutividade térmica 1,0 Btu/h.ft.oF. Nele são inseridos 1000 Ib/h de uma liga que se funde a 1200 oF (admite-se que a liga já entre a 1200 oC). O coeficiente de convecção do ar externo é 3 BTU/h.ft2.oF e a temperatura do arexterno de 77 oF. Desprezando-se a resistência térmica da parede do forno e conhecendo-se o calor latente de fusão da liga de 300 BTU/lb, calcular:
a) o fluxo de calor transferido pelas paredes do forno;
b) quantos KW são necessários para manter o forno em operação.
DADO: 1 KW = 3413 Btu/h



5) No interior de uma estufa de alta temperatura os gases atingem 650 oC. Aparede da estufa é de aço, tem 6 mm de espessura e fica em um espaço fechado em que há risco de incêndio, sendo necessário limitar a temperatura da superfície em 38 oC. Para minimizar os custos de isolação, dois materiais serão usados: primeiro um isolante de alta temperatura (mais caro), aplicado sobre o aço e, depois, magnésia (menos caro) externamente. A temperatura máxima suportada pelamagnésia é 300 oC. Pede-se:
a) Especifique a espessura (em cm) de cada material isolante.
b) Sabendo que o custo por cm de espessura colocado do isolante de alta temperatura é duas vezes que o da magnésia, calcule a elevação percentual de custo se fosse utilizado apenas o isolante de alta temperatura.

Considere os dados abaixo:
temperatura ambiente: 20 oC
coeficiente de película interno: 490Kcal/h.m2.oC
coeficiente de película externo: 20 Kcal/h.m2.oC
condutividade térmica do aço: 37,25 Kcal/h.m.oC
condutividade térmica do isolante de alta temperatura: 0,0894 Kcal/h.m.oC








6) 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 45kcal/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;
b) A espessura do isolamento a ser usado,...
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