Transferencia de Calor I - 1a Avaliacao - UFPR

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA TM360 TRANSFERÊNCIA DE CALOR I Prof Luís Mauro Moura 1ª AVALIAÇÃO Aluno Observações a A interpretação das questões faz parte da avaliação b Todos os cálculos devem ser demonstrados sob pena de anulação da questão c Os critérios de correção estão disponíveis no rodapé da última folha d Calculadora com tela gráfica não é permitida e Quando convier o SISTEMA ou o VOLUME de CONTROLE deve ser definido Caso contrário a questão pode ser anulada QUESTÃO 1 VALOR 25 Para um iglu habitação típica dos esquimós determine a taxa de fusão para que um iglu de uma área superficial de 10 m2 e 40 cm de espessura de gelo Suponha que a potência pela lâmpada a óleo é de 1500 W e um coeficiente de convecção externo de 10 Wm2K A temperatura externa é de 40 C Se a potência da lâmpada fosse de 1200W o que aconteceria apresente os cálculos Dados Gelo kgelo 2 WmK hslgelo 334 kJkg gelo 920 kgm3 cp gelo 204kJkgK QUESTÃO 2 VALOR 25 Para uma instalação hoteleira suponha que haja um fluxo de vapor saturado a 400C percorrendo uma tubulação de aço com 30 cm de diâmetro externo e uma espessura de parede fina envolvida por ar a 20C O coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície externa da tubulação é estimado em 25 Wm2K O custo da geração do vapor é estimado em 5 por 109 J e o vendedor oferece a instalação de uma camada de isolamento de óxido de magnésio a 85 k0059WmK com 5 cm de espessura por 200m ou com 10 cm de espessura por 300m Calcule o tempo de retorno do investimento para as duas alternativas na hipótese de a linha de vapor operar o ano inteiro e apresente uma recomendação ao proprietário do hotel Suponha que a superfície da tubulação bem como o isolamento tem uma baixa emissividade e que a transferência de calor por radiação é desprezível Obtenha a equação para este cálculo a partir da equação geral da difusão de calor no sistema de coordenadas apropriado QUESTÃO 3 VALOR 25 Duas grandes placas de aço k 40 WmK a temperaturas de 70 C e 90C estão separadas por uma haste de aço com 03 m de comprimento e 25 cm de diâmetro A haste está soldada em cada placa O espaço entre as placas é preenchido com isolamento aproximado como perfeito que também isola a circunferência da haste Em decorrência de uma diferença de tensão elétrica aplicada entre as duas placas existe uma geração não uniforme de calor dissipando energia elétrica a uma taxa de 𝑞𝑥 201x Wm3 sendo x0 na face mantida a 70ºC Determine o perfil de temperatura existente a temperatura máxima na haste e a taxa de transferência de calor em cada extremidade QUESTÃO 4 VALOR 25 O calor é transferido da água para o ar através de uma parede de latão k54 WmK A adição de aletas de latão retangulares com 008 cm de espessura 25 cm de comprimento e espaçadas entre si de 125 cm está sendo considerada Na hipótese de um coeficiente de transferência de calor por convecção no lado da água de 170 Wm2K e no lado do ar de 17 Wm2K desprezando a espessura da parede compare o ganho obtido na taxa de transferência de calor para a O lado da água b O lado do ar c Ambos os lados Formulário PVMRT WPdV cp cv QWdU ducvdT cpcvR 4 2 4 1 T T A qrad 5 6710 8 Wm2K4 mh qlatente dt mc dT q p sensível L T kA T q b a cond T hA T q s conv n k T q T40C h gelo Tgelo 0C Coordenadas cartesianas t T c q z z k T y y k T x k T x p Coordenadas cilíndricas Coordenadas esféricas Coef global em paralelo 2 2 1 1 1 viz viz r conv r total T T T T h h h h Expansão de Taylor dx dx df f f x x dx Eficiência da Aleta k hL i c 3 2 2 R L esfera R L cilindro L plana L parede c c c Balanço de Energia dt Vc dT E E E E ac g s e b a s f máx f f hA q q q t T c g z k T z T k r r r kr T r p 1 1 2 t T c q T k sen sen r k T r sen r T r kr r p 1 1 1 2 2 2 2 2