Exercícios condução e convecção

Páginas: 10 (2407 palavras) Publicado: 3 de outubro de 2012
PROBLEMAS Condução
1. Um tubo condutor de vapor de diâmetro interno 160 mm e externo 170 mm é
coberto com duas camadas de isolante térmico. A espessura da primeira
camada é 30 mm e a da segunda camada é 50 mm. As condutividades
térmicas R1, R2, R3 do tubo e das camadas isolantes são 50, 0,15 e 0,08
kcal/h.m. °C, respectivamente. A temperatura da superfície interna do tubo de
vapor é 300°C ea da superfície externa do segundo isolante é 50°C. Calcular:
a) O fluxo de calor por unidade de comprimento do tubo.
b) A temperatura nas interfaces das camadas.
2. Um reservatório esférico destinado a encerrar oxigênio líquido, tem raio
interno igual a 1,5 m e é feito de vidro com espessura igual a 0,03 m ( k = 0,6
kcal/h.m. °C ). O reservatório é revestido externamente por uma camada delã
de vidro de espessura igual a 0,35 m ( k = 0,03 kcal/h.m. °C ). A temperatura
na face interna do vidro é -180°C e na face externa do isolamento é 10°C.
Calcular:
a) fluxo de calor através da parede
b) temperatura na interface vidro/isolante
3. 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 = 40kcal/h.m°C), com 10 mm de espessura, isolada com lã de vidro (k= 0,08
kcal/h.m°C) e revestida com plástico (k= 0,2 kcal/h.m°C) de 10 mm de
espessura. O calor será inteiramente gerado por resistências elétricas de 100
W, pelas quais passará uma corrente de 10 A . Não pode ser permitida uma
perda de calor superior a 10 % do calor gerado. Sabendo-se que as
temperatura nas faces das paredes, interna eexterna, são respectivamente
300°C e 20°C, pede-se :
a) a resistência térmica exigida;
b) a espessura da lã de vidro.
4. Um forno de formato cúbico, com altura de 5 ft, está isolado com 4" de um
material isolante ( k=1 Btu/h.ft.°F ). Nele são inseridas 1500 Ib/h de uma liga
metálica, que se funde a 1100°F, com calor latente de fusão da liga de 300
Btu/Ib. O forno se encontra em um ambienteonde a temperatura é 75°F e o
coeficiente de película é 2 Btu/h.ft. °F. Desprezando-se a resistência térmica do
forno e admitindo-se que a liga já entre a 1100°F, pede-se :
a) o fluxo de calor pelas 6 faces do forno
b) quantos HP são necessários para fundir a liga e compensar as perdas ?
5. Um forno de 6 m de comprimento, 5m de largura e 3 m de altura tem sua
parede constituída de 3 camadas. Acamada interna de 0,4 m é de tijolos
refratários ( k=1,0 kcal/h.m. °C ). A camada intermediária de 0,30 m tem a
metade inferior de tijolos especiais ( k=0,20 kcal/h.m°C ) e a metade superior
de tijolos comuns ( k=0,40 kcal/h.m. °C). A camada externa de 0,05m é de aço
( k=30 kcal/hm C). Sabendo-se que a superfície interna está a 1700°C e a
superfície externa está a 60°C . Pede-se :
a) o fluxode calor pela parede

b) considerando que após, alguns anos o fluxo de calor aumentou 10 % devido
ao desgaste da camada de refratários. Calcular este desgaste supondo que o
mesmo foi uniforme em todo o forno.
6. Duas substancias são misturadas, reagindo entre si e liberando calor dentro
de um tubo de diâmetro interno 7,62 cm e espessura igual a 0,5 cm (k= 32
kcal/h.m. °C). O comprimentodo tubo é 10m. Todo o calor gerado na reação é
cedido ao ambiente, de modo que a temperatura da mistura, 180°C,
permanece constante. Por motivo de segurança, será necessário isolar a
tubulação, de modo que a temperatura na face externa do isolante ( k = 0,06
kcal/h.m°C ) não ultrapasse 50°C. O ar externo está a 25°C, com coeficiente
de película 12 kcal/h.m2. °C. O coeficiente de película damistura é 90
kcal/h.m2. °C. Pede-se a espessura mínima necessária do isolante, para
atender a condição desejada.
7. A parede de um forno é constituída de uma camada de 30 cm de um
refratário cuja condutividade térmica é uma função da temperatura ( k = 0,15 +
0,0001T ) . A temperatura na face interna do refratário é 1050°C e na face
externa é 250°C. Calcular o fluxo de calor através da...
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