Questões sobre Transferência de Calor e Balanço de Energia

Teóricas Introdução 1 Considerando a equação do balanço de energia 𝑞𝑒 1 𝑞𝑠 2 𝑞𝑔 3 𝜌𝑉𝑐𝑝 𝑑𝑇 𝑑𝑡 4 Explique cada um dos termos assinalados do balanço 2 O que é um gradiente de temperatura Qual a unidade Qual é a relação da condutividade térmica com o gradiente de temperatura 3 Se a transferência de calor por condução através de um meio ocorre sob condições de estado estacionário a temperatura em um determinado instante varia de acordo com a localização no meio A temperatura em um determinado local varia com o tempo 4 Qual é a diferença entre convecção natural e convecção forçada 5 Qual o papel desempenhado pelo coeficiente de transferência de calor por convecção h na lei de resfriamento de Newton Qual é sua unidade 6 Considere a superfície de um sólido que está em uma temperatura elevada e exposto a ambientes mais frios Por qual modo s o calor é transferido da superfície se 1 está em íntimo perfeito contato com outro sólido 2 está exposto ao fluxo de um líquido 3 está exposto ao fluxo de um gás e 4 está em uma câmara evacuada 7 O que é a geração energia térmica em um meio 8 É possível combinar os pares de processos 1 radiação e convecção 2 convecção e condução e 3 condução e radiação Explique em que condições exemplificando 9 Cite três propriedades relacionadas aos processos de transferência de calor e de seu significado 10 Identificar os processos de transferência de calor que determinam a temperatura de um pavimento de asfalto em um dia de verão Escreva um balanço de energia para a superfície do pavimento asfalto 𝑞𝑒 𝑞𝑠 0 𝐺𝛼 𝑞convqradq𝑐𝑜𝑛𝑑 0 𝐺𝛼 ℎ𝑇𝑠 𝑇𝑓 𝜀𝜎𝑇𝑠4 𝑘𝑑𝑇 𝑑𝑥 0 qcond qconv qrad G Ts Ar Tfh Problemas a resolver 1O fluxo de calor aplicado a uma face de uma parede plana é q 20 Wm² A face oposta é exposta ao ar à temperatura de 30 C com um coeficiente de transferência de calor por convecção de 20 Wm² K A temperatura da superfície da parede exposta ao ar é medida e considerada 50 C Considerando condições de regime transiente a temperatura da parede está aumentando ou diminuindo com o tempo 𝑑𝐸𝑎𝑐 𝑑𝑡 𝑞𝑒 𝑞𝑠 𝑞𝑔 𝑑𝐸𝑎𝑐 𝑑𝑡 𝑞𝑒𝐴 ℎ𝐴𝑇𝑠𝑇 20 𝑊 𝑚2 2050 30º𝐶 𝐴 380 𝑊𝑚²𝐴 não se conhece a área então fica indicado como dEdt 0 regime transiente como dEdt 0 a energia armazenada está diminuindo e portanto a temperatura está diminuindo 2 Você experimentou o resfriamento por convecção se alguma vez estendeu sua mão pela janela de um veículo em movimento ou por um fluxo de água Com a superfície da mão a uma temperatura de 30 C determine o fluxo de calor por convecção para a uma velocidade do veículo de 35 kmh no ar a 5 C com um coeficiente de convecção de 40 Wm²K b uma velocidade de 02 ms em uma corrente de água a 10 ºC com um coeficiente de convecção de 900 Wm²K Desprezando a troca por radiação e temperatura uniforme na superfície da mão a Ar 𝑞 ℎ𝑇𝑠 𝑇𝑎𝑟 40 𝑊𝑚²𝐾 30 5º𝐶 1000 𝑊𝑚² b Água 𝑞 ℎ𝑇𝑠 𝑇á𝑔𝑢𝑎 900 𝑊𝑚²𝐾 30 10º𝐶 18000 𝑊𝑚² 3 A emissividade de uma chapa de aço galvanizado um material usado normalmente em telhados é igual a 013 a uma temperatura em torno de 300 K enquanto a absortividade em relação à irradiação solar é de 065 Um gato do bairro se sentiria confortável ao andar sobre o telhado construído com este material em um dia em que G750 Wm² Tar 16ºC Considere a superfície inferior da chapa isolada 𝑞eq𝑠 0 𝐺𝛼 𝑞convq𝑟𝑎𝑑 0 𝐺𝛼 ℎ𝑇𝑠 289𝐾 𝜀𝜎𝑇𝑠4 0 750 𝑊 𝑚2 065 10 𝑊𝑚²𝐾𝑇𝑠 289𝐾013 567𝑥108𝑊𝑚²𝐾4𝑇𝑠4 𝐾4 0 4875 𝑊 𝑚2 10 𝑇𝑠 2890737 𝑥 109𝑊𝑚²𝐾4𝑇𝑠4 0 Por tentativa e erro Ts em torno de 56ºC 4 Um carregador de telefone celular de 50 mm x 45 mm x 20 mm tem uma temperatura de superfície de Ts 33 ºC quando conectado a uma tomada elétrica mas não em uso A superfície do carregador tem emissividade de 092 e é sujeito a um coeficiente de transferência de calor por convecção natural de h 45 Wm²K A temperatura ambiente e da parede são T 22 ºC e Tviz 20 ºC respectivamente Qual a taxa de calor gerado potência do carregador quando o carregador conectado não estiver em uso Se a eletricidade tem um custo de 018kWh determine a custo diário de deixar conectado 𝑞𝑒 𝑞𝑠 𝑞𝑔 0 𝑞𝑔 𝑞𝑠 𝑞𝑐𝑜𝑛𝑣 𝑞𝑟𝑎𝑑 ℎ𝐴𝑇𝑠 𝑇𝑎𝑟 𝜀𝜎𝐴𝑇𝑠4 𝑇𝑣𝑖𝑧4 qg representa a conversão de energia elétrica em térmica 𝐴 50𝑚𝑚𝑥45𝑚𝑚 250𝑚𝑚𝑥20𝑚𝑚 245𝑚𝑚𝑥20𝑚𝑚 6050 𝑚𝑚2 0006050 𝑚² 𝑞𝑔 45 𝑊 𝑚2𝐾 0006050𝑚2 33 22º𝐶 092 567𝑥108𝑊 𝑚2𝐾4 0006050𝑚2 3064 2934 qg074 W Custo 074 W 018kWh100024hdia00032dia