Exercidos De Fenômeno De Transporte

EXERCÍCIOS

1-) Em uma indústria farmacêutica, pretende-se dimensionar uma estufa. Ela terá a forma cúbica de 1m de lado e será construída de aço (k= 40 kcal/h.m.°C), com 10 mm de espessura. O calor será inteiramente gerado por resistências elétricas de 100, 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 temperaturas nas faces das paredes, interna e externa, são respectivamente 300°C e 20°C, pede-se:

a) A resistência térmica exigida na parede da estufa;

b) A espessura da lã de vidro.

Potência: P = R.I² = 100.10²= 10.000

Aço: Lã de Vidro

Kaço = 40 kcal/h.m°C

Klã = 0,08 kcal/h.m°C

Laço = 0,01m

Llã = ?

a) A resistência térmica exigida na parede da estufa;

Plástico (delta)T = 300 – 20 = 280°C

Kplástico= 0,2 kcal/h.m°C q = 10% P = 0,1x10000

Lplástico= 0,01m q=1000 watts 1 watt = 0,860kcal/h

q = (delta)Treq q = 860 kcal/h

860 = 280 req

1 watt – 0,86

1000 - x

q = 0,326 h°C / kcal X=0,86*1000 = 860 watt

b) A espessura da lã de vidro

Req = Raço+Rplastico+Rlã

Rlã = Req-Raço-Rplastico

Rlã = 0,326-0,000041666-0,008333333

Rlã = 0,317625001h°c/kcal

Llã = R*K*A

Llã = 0,317625001*0,08*6

Llã = 0,15246m ou 152,4mm

2-) Um tubo de aço (k= 35 kcal/h.m.°C) tem diâmetro externo de 3”, espessura de 0,2”, 150m de comprimento e transporta amônia a -20°C (convecção desprezível). Para isolamento do tubo existem duas opções: isolamento de espuma de borracha (k= 0,13 kcal/h.m°C) de 3” de espessura e isolamento de isopor

(k= 0,24kcal/h.m.°C) de 2” 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°C, 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.

Dados:

Aço fórmula: RT= ln(re/ri) x (2.pi.k.L)

Kaço = 35 kcal.m°C (delta)T = T0 – T = 40- 20=60°C

Reaço = 3"/2 = 1,5" L=150m

Riaço = reaço - 0,2" = 1,3"

ISOPOR

Riborracha = reaço = 1,5" riisopor = reaço = 1,5"

Reborracha = 1,5 + 3 = 4,5" reisopor = 1,5 + 2 = 3,5"

Kborracha = 0,13 kcal/hm°C kisopor = 0,24 kcal/hm°C

a) As resistências térmicas dos isolantes;

RTaço=ln(reaço/riaço)(2kaço.π.L) RTaço=ln(1,5/1,3)(2*35*π*150)

RTaço=0,00000434h°C/kcal

RTborracha=ln(reborracha/riborracha)(2.kborracha.π.L) RTisopor=ln⁡(reisopor/riisopor)(2*π*kisopor*L)

RTborracha=ln(4,5/1,5)(2*013*π*150) RTisopor= ln⁡(3,5/1,5)(2*π*0,24*150)

RTborracha=0,00896665h°C/kcal RTisopor=0,00374588h°C/kcal

b) Calcule o fluxo de calor para cada opção e diga qual isolamento deve ser usado;

Reqb = R1+R2=0,0000043+0,0089666=0,0089709 h.ºc/Kcal

Reqi = R1+R3=0,0000043+0,0037459=0,0037502 h.ºc/Kcal

ISOLAMENTO DE BORRACHA.

c) Para o que não servir, calcule qual deveria ser a espessura mínima para atender o limite de fluxo de calor.

Ri = 0,265m = 10,4 → e= 10,4 – 1,5 = 8,9

3-) Um forno de 6m de comprimento, 5m de largura e 3m de altura tem sua parede constituída de 3 camadas. A camada interna de 0,4m é de tijolos refratários (k= 1,0 kcal/h.m°C). A camada intermediária de 0,30m tem a metade inferior de tijolos especiais (k= 0,20 kcal/h.m°C). Sabendo-se que a superfície interna está a 1700°C e a superfície externa está a 60°C. Pede-se:

a) O fluxo de 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.

a) O fluxo de calor pela parede.

A= 2*5*3+2*6*3 = 66m²

∆t = 1700-60 = 1640

Lrefratário =0,4m krefratário = 1,0kcal/h.m°C

Lespecia l=0,30m kespecial = 0,20kcal/h.m°C

Lcomum =0,30m kcomum = 0,40kcal/h.m°C

Laço =0,05m kaço = 30kcal/h.m°C

Req . Respecial e Rcomum = (Respecial*Rcomum)/( Respecial+Rcomum)

Req . Respecial e Rcomum = (0,045454545*0,22727272)

(0,045454545+0,22727272)

Req . Respecial e Rcomum = 0,015151514 h°c/Kcal

Req.Total = R refrata+Req.Respecial e Rcomum+Raço

Req.Total