Lista de Exercícios Resolvidos - Transferência de Calor - GNE331

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS CURSOS DE ENGENHARIA MECÂNICA E ENGENHARIA QUÍMICA GNE 331 Transferência de Calor Profa Cristiane Alves Pereira LISTA DE EXERCÍCIOS 3 CAPÍTULO 4 1 Como a transferência de calor transiente difere da transferência de calor permanente 2 Quando o método da capacitância global é aplicado em problemas de Transferência de calor 3 Para qual sólido o método da capacitância global será mais provavelmente aplicado maçã real a fruta ou uma maçã de ouro ambas de mesmo tamanho Por quê 4 Em uma instalação de produção bolas de latão k 641 Btuh ft F ρ 532 lbmft3 cp 0092 Btulbm F de 2 de diâmetro inicialmente a 250 F são imersas em um banho de água a 120 F por um período de 2 min a uma taxa de 120 bolas por min Se o coeficiente de transferência de calor por convecção é 42 Btuh ft2 F determine a A temperatura das bolas após imersão Resp 166 F b A taxa de transferência de calor a ser retirada da água a fim de manter sua temperatura constante em 120 F Resp 1196 Btumin 5 Repita o exercício anterior considerando que as bolas são feitas de alumínio k 137 Btuh ft F ρ 168 lbmft3 cp 0216 Btulbm F e compare os resultados com aqueles encontrados para o exercício 1 Resp a 152 F b 1034 Btumin 6 Uma longa haste de cobre k 401 WmC ρ 8933 kgm3 cp c0385 kJkg oC de 2 cm de diâmetro está inicialmente a uma temperatura uniforme de 100oC Esta haste é então exposta a uma corrente de ar a 20 oC com um coeficiente de transferência de calor de 200 Wm2K Quanto tempo será necessário para a haste de cobre esfriar a uma temperatura média de 25oC Resp 4 min 7 Considere uma esfera de prata k 429 Wm C ρ 10500 kgm3 cp 0235 kJkgC de 5 cm de diâmetro inicialmente a 0C O sólido é expostos a ar ambiente a 33C com um coeficiente de transferência de calor de 12 Wm2 C Determine quanto tempo vai demorar para a temperatura da esfera ser 25C E se tivermos um cubo de arestas iguais a 5 cm Resp Para ambos 405 min 2 8 Um eixo cilíndrico longo de aço inoxidável de 20 cm de diâmetro deixa o forno a uma temperatura uniforme de 600 C O eixo é deixado para resfriar lentamente em um ambiente a 200 C com h 80 Wm2 K a Usando o método da capacitância global determine a temperatura no centro do eixo 45 min após o início do processo de resfriamento Resp O método não se aplica b Repita o cálculo do item a pelo método da solução aproximada de um termo e pelo método gráfico Compare os resultados Resp 36577 C e 360 C respectivamente c Pelo cálculo analítico e método gráfico determine a quantidade de calor transferida por unidade de comprimento do cilindro Compare os resultados Resp 27729 kJ e 28412 kJ respectivamente Dados 𝑘𝑎ç𝑜 149 𝑊 𝑚 𝐾 𝜌𝑎ç𝑜 7900 𝑘𝑔 𝑚3 𝑐𝑝𝑎ç𝑜 477 𝐽 𝑘𝑔 𝐾 9 Uma experiência deve ser conduzida para determinar o coeficiente convectivo de transferência de calor na superfície de tomates que são colocados em água fria a 7C Os tomates k 059 WmC ρ 999 kgm3 cp 399 kJkg C estão a uma temperatura inicial uniforme de 30 C e possuem uma forma esférica com um diâmetro de 8 cm Após um período de 2 h as temperaturas no centro e na superfície do tomate são 10C e 71 C respectivamente Usando a solução aproximada de um termo determinar o coeficiente de transferência de calor e a quantidade de calor transferida durante este período se há 8 tomates na água Resp 459 Wm2 C 196 kJ Vocês chegarão em uma função não isolável antes de encontrar os valores finais 10 Uma placa de bronze quente está tendo a superfície superior refrigerada por um jato de ar a uma temperatura de 15 C e o coeficiente de transferência de calor por convecção é 220 Wm2 K A placa de bronze de 10 cm de espessura ρ 8530 kgm3 cp 380 Jkg K k 110 Wm K e 339x106 m2s tem temperatura uniforme inicial de 650 C e sua superfície inferior é isolada Determine a temperatura no centro da placa de bronze após 3 min de resfriamento Resp 585 C 11 Bolas de aço carbono ρ 7833 kgm3 k 54 Wm K cp 0465 kJkg K e α 1474 x106 m2s de 8 mm de diâmetro são recozidas por aquecimento a 900 C em um forno e depois esfriadas lentamente até 100 C no ar ambiente a 35 C Se o coeficiente médio de transferência de calor por convecção é de 75 Wm2 K determine o tempo de demora do processo de recozimento Considerando que 2500 bolas devem ser recozidas por hora 3 determine qual a taxa global de transferência de calor a partir das bolas para o ambiente Resp 1634 s 5424 W 12 Em uma instalação de produção placas grandes de bronze k 110 Wm K ρ 8530 kgm3 cp 380 Jkg K e α 339 x 10 6 m2s de 3 cm de espessura que estão inicialmente a uma temperatura uniforme de 25 C são aquecidas pela passagem no forno mantido a 700 C As placas permanecem no forno durante 10 min Considerando o coeficiente de transferência de calor h 80 Wm2 K determine usando a análise concentrada método da capacitância global e a solução aproximada a temperatura da superfície das placas quando saem do forno Resp 448 445 C 13 Um teste de incêndio é conduzido sobre uma grande massa de concreto inicialmente a 15 C A temperatura da superfície atinge 500 C instantaneamente Estime o tempo requerido para que a temperatura a 30 cm de profundidade atinja 100 C Neste caso é interessante considerar sólido semiinfinito pois a temperatura muda subitamente de Ti para Ts Dados para o concreto k 14 Wm C 2300 kgm3 cp 880 Jkg K 69x107 m2s Resp 98 h 14 Um pavimento é uma estrutura composta por várias camadas sobre a superfície final da terraplanagem a qual é destinada a resistir aos esforços oriundos do tráfego de veículos e proporciona aos usuários melhores condições de rolamento com conforto economia e segurança A pavimentação asfáltica que é a camada superior do pavimento consegue alcançar temperaturas superiores a 500 C no verão Considere que esta T é uniforme em todo o pavimento quando ocorre uma súbita redução até T ambiente 20 C Estime a quantidade total de energia por unidade de área que será transferida do asfalto em 45 min no qual T é mantida a T ambiente Dados para a pavimentação asfáltica k 0062 Wm K 2115 kgm3 cp 920 Jkg K Resp 6106 kJ