Fenômeno Do Transporte

AUTOR

EXERCICIOS_LISTA 1

SÃO PAULO

2012

FISP_FACULDADES INTEGRADAS DE SÃO PAULO

Autor

AUTOR, RA: ?

Exercícios apresentados a disciplina de FENOMENOS DOS TRANSPORTES do Curso de

ENGENHARIA MECATRONICA/FISP, sob orientação do Professor Lázaro.

SÃO PAULO

2012

Sumário

1. EXERCICIOS 1

2. RESPOSTAS 2

3. REFERÊNCIAS 6

1. EXERCICIOS

2.1 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 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 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.

2.2 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.

2.3 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= 0,20kcal/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, calcule este desgaste supondo que o mesmo foi uniforme em todo o forno.

2.4 Um reservatório metálico (k= 52W/m.K), deformato esférico, tem diâmetro interno 1,0m,

espessura de 5mm, e é isolado com 20mm de fibra de vidro (k=0,034W/m.K). A temperatura da

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face interna do reservatório é 200°C e a da faceexterna do isolante é de 30°C. Após alguns anos de

utilização, a fibra de vidro foi substituída por outro isolante, mantendo a mesma espessura de

isolamento. Após a troca do isolamento, notou-se uma elevação de 15% na transferência de calor,

bem como uma elevação de 2,5°C na temperatura da face externa do isolante. Determinar:

a. O fluxo de calor antes da troca do isolamento;

b. O coeficiente de condutividade térmica do novoisolante;

c. Qual deveria ser a espessura do novo isolamento para que as condições de temperatura externa e

fluxo voltassem a ser as mesmas de antes.

2. RESPOSTAS

1.1.a

Potência: P= R.I²= 100.10²= 10.000

Aço: Lã de Vidro

kAço= 40kcal/h.m°C klã= 0,08kcal/h.m°C

LAço= 0,01m Llã= ?

Plástico ∆T=300-20=280°C

Kplástico= 0,2kcal/h.m°C q=10% P=0,1*10000

Lplástico= 0,01m q=1000watts

1watt=0,86kcal/h

q= ∆Treq q=860kcal/h

860= 280req

req=0,326h°C/kcal

1.1.b

Raço= 0,0140*6=0,000041666h°C/kcal

Rplastico= 0,010,2*6=0,008333333h°C/kcal

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

1.2.a

Aço fórmula:RT=ln(re/ri)(2.π.k.L)

kaço=35kcal.m°C ∆T=T0-T=40--20=60°C

reaço=3"/2 = 1,5" L=150m

riaço=reaço-0,2"