Prova Bimestral - Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor

UNIVERSIDADE TECNOLOGIA FEDERAL DO PARANA UTFPr Engenharia Civil Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor e Massa Prof Calil Abumanssur 5º Período 21052021 III Prova bimestral ALUNO 01Questão 08 ponto Para construir uma casa optouse por fazer a parede externa com tijolos comuns kt068 WmK de espessura igual a 17cm Para aumentar o conforto térmico internamente o tijolo vai receber uma camada de 2cm de gesso kg045 WmK Calcular qual a taxa de transferência de calor por unidade de área se a face externa dessa parede composta for revestida com argamassa karg 025 WmK de espessura igual a 20cm estiver na temperatura de 37ºC e a face interna à 21ºC 02Questão 08 PONTO Para construir a mesma casa e admitindose que eu quero manter a mesma taxa de transferência de calor encontrada se eu aplicar uma camada de gesso de apenas 1cm de espessura nas mesmas condições de temperatura com a mesma espessura de argamassa qual deve ser a espessura mínima do tijolo comum que devo buscar comprar para que essa situação de conforto se repita 03Questão 14 ponto No interior de uma estufa de alta temperatura os gases atingem 650 oC A parede da estufa é de aço tem 6 mm de espessura e fica em um espaço fechado em que há risco de incêndio sendo necessário limitar a temperatura da superfície em 38 oC Para minimizar os custos de isolação dois materiais serão usados primeiro um isolante de alta temperatura mais caro aplicado sobre o aço e depois magnésia menos caro externamente A temperatura máxima suportada pela magnésia é 300oC Conhecendo os dados abaixo pedese a Especifique a espessura em cm de cada material isolante b Sabendo que o custo por cm de espessura colocado do isolante de alta temperatura é duas vezes o da magnésia calcule a elevação percentual de custo se fosse utilizado apenas o isolante de alta temperatura DADOS temperatura ambiente 22 oC coeficiente de película interno h 480 Kcalhm2oC coeficiente de película externo h 20 Kcalhm2oC condutividade térmica do aço 3725 KcalhmoC condutividade térmica do isolante de alta temperatura 00890 KcalhmoC condutividade térmica do isolante magnésia 0065 KcalhmoC 04Questão 10 ponto Um chuveiro elétrico tem uma potência de 5500 W sob uma tensão de funcionamento de 127 V A energia que vai ser necessária para seu funcionamento é calculada pelo produto da potência do chuveiro N pelo tempo de funcionamento W N Tempo resultando em um valor em wattshora Wh Ao dividirmos a energia calculada necessária pelas horas de incidência solar chegase ao valor da potência mínima PF em watts para o funcionamento do chuveiro Diante disto determine quantas placas de células fotovoltaicas de 240 watts serão necessárias para suprir de energia uma residência em que se faz 4 quatro banhos por dia no tempo médio de 10 minutos cada banho no caso de a a incidência solar for de 360 horas b A incidência solar for de 440 horas 05Questão 15 PONTO Foi instalado um tubo de aço k35kcalhmoC com diâmetro externo de 3 espessura de 02 com 150m de comprimento para transportar amônia a 20ºC convecção na película interna desprezível Para isolamento do tubo existem duas opções isolamento de borracha k012 kcalhmoC de 3 de espessura ou isolamento de isopor k025 kcalhmoC de 2 de espessura Por razões de ordem técnica o máximo fluxo de calor não pode ultrapassar 7000 kcalh sabendo que a temperatura na face externa do isolamento é 40ºC pedese a As resistências térmicas dos dois isolamentos térmicos b Calcule o fluxo de calor para cada opção de isolante e diga qual o isolamento deve ser usado c Para o que não deve ser usado calcule qual deveria ser a espessura mínima para atender o limite 06Questão 10 ponto Um tubo de parede grossa de aço inoxidável k 19 WmC com 2 cm de diâmetro interno e 4 cm de diâmetro externo é coberto com uma camada de 3 cm de isolamento de amianto k 02 WmC Se a temperatura da parede interna do tubo é mantida a 650 C e a superfície externa do isolamento a 150 C calcule a perda de calor por metro de comprimento 07Questão 15 pontos Um chip quadrado com lado w 5 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 refrigerante a T 15 oC A partir de considerações de confiabilidade a temperatura do chip não pode exceder a T 85 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 c Se a transferência líquida de calor por radiação da superfície do chip para uma grande vizinhança onde a Tviz T 15 oC também for levada em conta qual é essa potência a mais que deverá ser dissipada pelo chip Assumir que a emissividade do chip é de ε 09 08Questão 05 ponto Foi instalado um aparelho de ar condicionado em uma sala de 15m de comprimento 6m de largura e 3m de altura a qual deve ser mantida em uma temperatura de 23ºC As paredes da sala têm uma espessura de 25cm e são feitas com tijolos cuja condutividade térmica é de 014 kcalhmoC e as áreas das janelas e portas podem ser consideradas desprezíveis A face externa das paredes podem estar até 40ºC em um dia de verão Desprezandose a troca de calor pelo piso e pelo teto que estão bem isolados calcular qual a quantidade de calor em HP que pode ser extraído da sala pelo ar condicionado para que a temperatura interna fique mantida OBS 1 HP 6412 kcalh 09Questão 05 ponto Vai ser instalado um cabo elétrico de 10mm de diâmetro com resistência elétrica R por unidade de comprimento de 0001 Ωm sendo o mesmo revestido por uma camada de material plástico de 1mm de espessura e condutividade térmica 020 WmK O cabo vai ser utilizado em um ambiente cujo ar está na temperatura de 27ºC com coeficiente de película de 10 Wm2K Se o plástico usado suporta no máximo 177ºC sem se derreter determine a máxima corrente elétrica i que pode passar pelo cabo A corrente elétrica determina a potencia P em watts da corrente através da fórmula PRi2 A corrente elétrica i na fórmula tem a unidade em Ampére A 10Questão 10 ponto As superfícies internas de um grande edifício são mantidas a 20ºC enquanto a temperatura da superfície externa é de 10ºC As paredes tem uma espessura de 25cm e foram construídas com tijolos de condutividade térmica de 065 kcalhm oC Desprezando o efeito dos cantos das paredes e a condutividade térmica entre os tijolos calcular a a perda de calor para cada metro quadrado de superfície por hora b sabendose que a área total do edifício é de 1000m2 e que o poder calorífico do carvão é de 5500 kcalkg determinar a quantidade de carvão a ser utilizada em um sistema de aquecimento de modo manter a temperatura interna especificada para a parede durante um período de 10 horas supondo o rendimento do sistema de aquecimento igual a 50 c caso o sistema de aquecimento for trocado para uso de GLP cujo poder calorifico é de 11000 kcalkg qual a quantidade de GLP necessária para realizar o mesmo trabalho considerando que o rendimento do GLP também é de 50