P1 Pt2 - Termodinâmica 2021 2

Universidade de São Paulo Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Departamento de Engenharia de Alimentos ZEA0466 – TERMODINÂMICA Avaliação I – Parte II - 07/10/2021 – Engenharia de Alimentos Noturno Nome: ___________________________________________________________________ no USP: _______________ Questão 2 – Nitrogênio é armazenado em um tanque esférico de parede espessa, diâmetros interno e externo de 4 m e 4,2 m, respectivamente. O material do tanque tem condutividade térmica constante de 15 W/(m.K). O tanque está inicialmente cheio de nitrogênio líquido a 1 atm e -196 ºC exposto ao ar a uma temperatura ambiente T∞ = 25 ºC, com coeficiente de transferência de calor por convecção de 40 W/m2.K. A temperatura da superfície interna do tanque esférico permanece praticamente igual à temperatura do nitrogênio em seu interior. Assumindo que a transferência de calor é unidimensional e permanente. O Nitrogênio líquido tem calor de vaporização de 198 kJ/kg e densidade de 810 kg/m³ a 1 atm. (a) expresse a equação diferencial e as condições de contorno para a condução de calor através do tanque, (b) obtenha a distribuição de temperatura para a casca esférica do tanque (c) determine a taxa de evaporação do nitrogênio líquido no tanque como resultado da transferência de calor do ambiente. (d) Escreva o balanço de energia para a superfície externa do tanque de armazenamento, considerando que a perda de calor por radiação térmica é significativa. (Substitua as taxas de energia pela equações que representam os mecanismos de transferência de calor)