Prova Bimestral de Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor e Massa

UNIVERSIDADE TECNOLOGIA FEDERAL DO PARANA UTFPr Engenharia Civil Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor e Massa Prof Calil Abumanssur 5º Periodo 13122022 III Prova bimestral Aluno Todas as informações necessárias para a resolução das questões estão na prova ou nas informações fornecidas em sala de aula A interpretação das questões faz parte da avaliação portanto não serão respondidos questionamentos durante a prova O uso de material próprio é livre e o acesso à internet esta liberado Duração da prova 1440h até 1610 h A prova pode ser respondida a lápis Este é o horário limite para envio da prova no email Quando terminar entregue as folhas com as respostas todas com seu nome Caso a prova seja resolvida via online á distancia é obrigatório a entrega da prova em arquivo extensão pdf com o nome do aluno em TODAS as folhas Em um arquivo ÚNICO A quantidade de questões MAXIMAS a serem resolvidas esta limitado ao valor de 105 pontos totais I Questão 25 pontos Um reator em uma indústria trabalha a 600 oC em um local onde a temperatura ambiente é 27 oC e o coeficiente de película externo é 40 Kcalhm2oC O reator foi construído de aço inox ε 006 com 2 m de diâmetro e 3 m de altura não desprezar as áreas das bases do reator Tendo em vista o alto fluxo de calor desejase aplicar uma camada de isolante k 005 kcalh moC e ε075 para reduzir a transferência de calor a 10 da atual Desconsiderando as resistências térmicas que não podem ser calculadas pedese a O fluxo de calor antes da aplicação do isolamento b A parcela transferida por convecção após o isolamento ambiente x isolamento c A espessura do isolante a ser usada nas novas condições sabendose que a temperatura externa do isolamento deve ser 62 oC II Questão 15 ponto Os gases quentes do interior de uma fornalha são separados do ar ambiente a 25oC h 172 KcalhmoC por uma parede de tijolos de 15 cm de espessura Os tijolos tem uma condutividade térmica de 10 kcalhmoC e uma emissividade de ε08 No regime permanente mediuse a temperatura da superfície externa da parede da fornalha como sendo 100 oC Considerando que a fornalha está em um grande compartimento cuja temperatura da superfície interna deste é igual a temperatura ambiente qual é a temperatura da superfície interna da parede da fornalha III Questão 15 pontos Um amplo recinto de 34 ft de comprimento é atravessado por uma tubulação de ferro fundido oxidado ε 071 de 95 de diâmetro externo Considerando que a temperatura superficial do tubo é 600 oC e a temperatura das paredes do recinto é 90 oC Determinar a a perda de energia radiante para o recinto b a redução da perda quando se utiliza um tubo de alumínio oxidado ε008 IV Questão 15 ponto Um tubo condutor de vapor de diâmetro interno 150 mm e externo 160 mm é coberto com duas camadas de isolante térmico A espessura da primeira camada é 30 mm e a da segunda camada é 50 mm As condutividades térmicas R1 R2 R3 do tubo e das camadas isolantes são 500 e 015 e 008 kcalhmoC respectivamente A temperatura da superfície interna do tubo de vapor é 300 oC e a da superfície externa do segundo isolante é 50 oC Calcular a O fluxo de calor por unidade de comprimento do tubo b A temperatura nas interfaces das camadas V Questão 15 ponto Duas substâncias são misturadas reagindo entre si e liberando calor dentro de um tubo de diâmetro interno 762 cm e espessura igual a 05 cm k 32 kcalhmoC O comprimento do tubo é 10 m Todo calor gerado na reação é cedido ao ambiente de modo que a temperatura da mistura 180 oC permanece constante Por motivo de segurança será necessário isolar a tubulação de modo que a temperatura na face externa do isolante k0065 kcalhmoC não ultrapasse 50 oC O ar externo está a 25 oC com coeficiente de película 12 kcalhm2oC O coeficiente de película da mistura é h 90 kcalhm2oC Pedese a espessura mínima necessária do isolante para atender a condição desejada VI Questão 05 ponto A lâmpada incandescente é um dispositivo elétrico que transforma a energia elétrica em energia luminosa e térmica Considere uma lâmpada elétrica que transforma 40 de sua potência energia gerada em forma de calor Se a temperatura da ampola de vidro ε 080 e σ 567 x 108 Wm2k4 chega atingir 80ºC quando exposta ao ar 26ºC e h 163 Wm2K calcule a potência energia gerada aproximada da lâmpada por convecção radiação Considerar que a lâmpada tem uma geometria perfeitamente esférica com 692mm de diâmetro OBS considerar a energia liquida como sendo resultado da divisão da quantidade de energia calor gerada pelo rendimento ɳ040 UNIVERSIDADE TECNOLOGIA FEDERAL DO PARANA UTFPr Engenharia Civil Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor e Massa Prof Calil Abumanssur 5º Periodo 13122022 III Prova bimestral VII Questão 15 pontos Calcular o fluxo de calor em BTUh que atravessa uma parede composta de vários materiais como indicado na figura a seguir A tabela especifica o coeficiente de condutividade para cada um dos materiais indicados letra minúscula A temperatura nas paredes são T11036ºF e T2108oF Atenção as medidas de espessura de paredes em polegadas 1 ft 12 in Material a b c d e f g K BTUh ft oF 100 40 10 60 30 40 20 VIII Questão 05 pontos Um chip quadrado com lado w 6 mm opera em condições isotérmicas a temperatura é a mesma em toda sua superfície O chip é posicionado em um substrato de modo que suas superfícies laterais e inferior estão isoladas termicamente enquanto sua superfície superior encontrase exposta ao escoamento de um ar refrigerante a T 17 oC A partir de considerações de confiabilidade a temperatura do chip não pode exceder a T 87 oC a Sendo a substância refrigerante o ar com um coeficiente de transferência de calor por convecção correspondente de h 200 Wm2k qual é a potência Q total permitida para o chip b Sendo o refrigerante um líquido dielétrico para o qual h3000 Wm2k qual é a potência Q total máxima permitida IX Questão 05 pontos Temse uma parede plana em que um dos lados é mantido na temperatura de 80ºC enquanto o outro lado esta exposto a um ambiente onde a temperatura é de T25ºC O coeficiente de película ou convectivo h88 Wm2ºC para os dois ambientes opostos A parede possui 35cm de espessura tem condutividade térmica k160 Wm2ºC Calcular o coeficiente global de transferência de calor e a taxa de calor através de 10m2 de parede Dizer qual a temperatura aproximada da parede exposta ao ambiente de temperatura T25ºC X Questão 10 pontoExercício Um duto de ar quente com diâmetro externo de 22 cm e temperatura superficial de 93 C está localizado num grande compartimento cujas paredes estão a 21 C O ar no compartimento está a 27 C e o coeficiente de película é 5kcalhm²C Determine a quantidade de calor transferida por unidade de tempo por metro de tubo se a O duto é de estanho Ɛ 010 b O duto é pintado com laca branca Ɛ 090