Exercícios 1

QUESTÃO 01 Selecione uma aplicação industrial que utilize os fundamentos de transferência de calor a Explique com detalhes o funcionamento da aplicação apresente desenhos técnicos croquis e diagramas b Qual o modo de transferência de calor predominante na aplicação selecionada c Proponha a modelagem da aplicação com base nos fundamentos de transferência de calor QUESTÃO 02 Aponte e discorra sobre pelo menos três formas de melhorar o isolamento térmico de paredes na construção civil Ao discorrer justifique utilizando os fundamentos aprendidos em aula QUESTÃO 03 A resistência de contato muitas vezes é desprezada nos cálculos de resistência térmica total No entanto é possível evidenciar diversas aplicações onde esse conceito é utilizado em diferentes contextos a Explique com detalhes o funcionamento da aplicação apresente desenhos técnicos croquis e diagramas b Detalhe como o conceito de resistência de contato afeta a aplicação escolhida QUESTÃO 01 a Funcionamento da aplicação Um trocador de calor casco e tubos é amplamente utilizado em indústrias químicas petro químicas refinarias e sistemas de refrigeração Seu funcionamento baseiase na transferência de calor entre dois fluidos em temperaturas diferentes sem contato direto Componentes principais Casco shell Cilindro que contém um dos fluidos Feixe de tubos tube bundle Conjunto de tubos por onde circula o segundo fluido Espaçadores baffles Chicanas que direcionam o fluxo e suportam os tubos Cabeçotes headers Extremidades onde o fluido dos tubos entra e sai Figura 1 Diagrama esquemático de trocador de calor casco e tubos 1 Funcionamento Um fluido circula pelo casco lado do shell Outro fluido circula no interior dos tubos lado dos tubos As chicanas baffles direcionam o fluxo do fluido no casco aumentando a turbulência e melhorando a transferência de calor O calor é transferido através das paredes dos tubos do fluido mais quente para o mais frio b Modo de transferência de calor predominante O modo predominante é a condução através da parede dos tubos seguida pela convecção entre os fluidos e as superfícies interna e externa dos tubos c Modelagem com base nos fundamentos de transferência de calor A taxa de transferência de calor Q é modelada pela equação equation U A ΔTm0 onde U Coeficiente global de transferência de calor Wm²K A Área de transferência de calor m² ΔTm Diferença média de temperatura logarítmica LMTD K O coeficiente global U é calculado por equation 1U1hi tk 1ho Rcont onde hi ho Coeficientes de convecção interna e externa Wm²K t Espessura da parede do tubo m k Condutividade térmica do material do tubo WmK Rcont Resistência de contato quando relevante m²KW A diferença média logarítmica de temperatura é dada por equation ΔTm ΔT1 ΔT2lnΔT1ΔT2 onde ΔT1 e ΔT2 são as diferenças de temperatura nas extremidades do trocador QUESTÃO 02 1 Uso de materiais de baixa condutividade térmica Exemplo Lã de rocha poliestireno expandido EPS poliuretano Justificativa Pela Lei de Fourier q k A dT dx Materiais com k menor reduzem o fluxo de calor 2 Aplicação de câmaras de ar ou painéis refletores Exemplo Paredes duplas com ar ou superfícies aluminizadas Justificativa O ar é bom isolante k 0 026 WmK Superfícies refletores reduzem a transferência por radiação 3 Uso de janelas com vidros duplos ou triplos Exemplo Janelas com camadas de ar ou gás argônio entre os vidros Justificativa Cada camada age como resistência térmica adicional reduzindo a trans ferência por condução e convecção 3 QUESTÃO 03 a Funcionamento da aplicação Dissipadores de calor são usados para resfriar componentes eletrônicos A resistência de contato ocorre na interface entre o chip e a base do dissipador Figura 2 Esquema do sistema de dissipação de calor mostrando a interface com resistência de contato b Efeito da resistência de contato na aplicação A resistência de contato Rcont surge devido à rugosidade superficial e ao ar aprisionado Rcont Tinterface q 1 onde Tinterface Queda de temperatura na interface C q Fluxo de calor Wm² Se Rcont for alta a temperatura do chip aumenta podendo levar a falhas A pasta térmica reduz Rcont preenchendo os vazios e melhorando a condução A resistência térmica total do sistema é dada por Rtotal Rchip Rcont Rdissipador Rconv 2 onde altos valores de Rcont comprometem a eficiência do resfriamento 4