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Nome do aluno: Danielle Duarte Moreira RA: 2571171923008 Curso: (x) Revac Turno: ( ) Manhã ( ) Tarde (x) Noite Transmissão de Calor e Aquecimento 1ª Lista de exercícios Mecanismos Básicos de Transferência de Calor 1) Explique com suas palavras a natureza dos fenômenos de condução, convecção e radiação. Quais são os nomes das leis básicas dos três modos se transferência de calor? Aponte quais as grandezas envolvidas, unidades padrão de medida e cite um exemplo de aplicação de cada um deles. - Resposta: Radiação: É a transmissão de calor por meio das ondas eletromagnéticas (luz visível, raios X, raios ultravioleta, raios infravermelhos), pode ocorrer no vácuo quanto em meios materiais, como por exemplo o sol transmite o calor até a terra, não existe nesse caso o contato entre os corpos para haver a transferência de calor. Condução: Ela ocorre através da agitação das moléculas, como se por exemplo estivermos esquentando uma barra de ferro e uma das partes sobre uma chama, pequeno, a parte que estará no fogo vai ter sua temperatura elevada, porque o fogo estará transferindo calor para a barra, assim com uma agitação de moléculas, elas se chocam, com as outras que não estão em contato com o fogo, essa agitação será transmitida de molécula para molécula até que todo o objeto esteja aquecido, sendo este processo mais eficiente em metais por serem bons condutores de calor. Convecção: É a forma de transferência de calor comum para os gases e líquidos, como no exemplo colocar água para ferver, é a parte que está perto do fogo será a primeira a aquecer, sendo assim ela desloca-se para acima e a parte mais fria para baixo, repercutindo esse ciclo por várias vezes devido a diferença das densidades assim o calor é transferido para todo o líquido. Lei básica da condução: é a lei de Fourier em homenagem ao cientista Francês, as grandezas envolvidas são a área em metros quadrados, temperatura em Kelvin, x em metros e a taxa de fluxo de calor em Watts, podemos calcular o fluxo de calor através de uma parede delgada, fazendo analogia com os circuitos elétricos. Lei básica da convecção: Lei do resfriamento de Newton, as grandezas envolvidas são a área em metros quadrado, diferença de temperatura ΔT (como é delta note se é em Kelvin ou Celsius), h é o coeficiente de transferência de calor, por convecção ou coeficiente de película, podemos calcular, por exemplo, a ação de um ventilador. O aumento de velocidade do fluido causado pela rotação das pás resulta no aumento da velocidade do escoamento e como consequências, em redução da camada limite térmica sobre a nossa pele. Lei básica da radiação: Lei de Stefan-Boltzmann, grandezas envolvidas são temperatura em Kelvin, energia radiada por um corpo negro é watts por metro quadrado. Um exemplo de aplicação no cotidiano é o efeito estufa. Que ocorre pelo fato do dióxido de carbono e vapor d’água na atmosfera agirem como absorvedores da propagação dos raios infravermelhos, com uso a energia térmica emitida na Terra fica em parte retida na superfície provocando seu aquecimento. 5) Qual é a taxa de transferência de calor que ocorre quando a face de uma parede é submetida a uma temperatura de 80 °C e a outra face se encontra à temperatura de 320 °C? Considere a parede feita com Ferro Armco (99,75% puro) e encontre a condutividade térmica do material em uma tabela de propriedade termofísicas dos sólidos. T1: 80°C T2: 320°C Delta T = 320-80 Delta T = 240°C Delta T: 240°C + 273,15 Delta T = 513,15 K q ̇A= A.k.(TQ-TF) / L q ̇A= A.72,7 . (320-80)°C / L q ̇A= A.72,7 *(240)°C / L q ̇A= 17448A [W / m^2] Pode na falta dar forma também? RT= L / k RT= 912 [W\,m.T] Ideal RT= 0,0138 K / W 9 ̇Q= 320-80 / 0,0138 = 17391,30 W 6) Um paralelepípedo regular feito em alumínio (kAl = 238,5 W/m.K) com dimensões de 5 x 10 x 4 [cm] tem uma de suas faces submetidas à temperatura de 100 °C e outra, oposta, fica exposta à temperatura de 20 °C. Calcule a taxa de transferência de calor por condução nas possíveis posições as quais podem ser submetidas à esta diferença de temperatura. caso I ΔT= q ̇k= A.k. (TQ-TF) / L q ̇k= (0,05 x o,10 m) . (238,5) . (100-20) / 0,05 q ̇k= 0,1 . 238,5 . 80 q ̇k= 1908 [W] mais taxa caso II q ̇k= (o,10 x 0,04) . (238,5) . (100-20) / 0,05 q ̇k= (0,02) . (238,5) . (80) q ̇k= 1526,4 [W] caso III ΔT(100:20) q ̇k= (0,05 x 0,04) . (238,5) . (100-20) / 0,10 q ̇k= (0,02) . (238,5) . (80) q ̇k= 381,6 [W] 7) Calcule a resistência térmica de um cilindro feito de prata (kAg = 238 W/m.k) cujo diâmetro externo é de 30 cm com espessura de 4 cm, sabendo que as faces planas ficam expostas à diferença de temperatura. Resp: 02,378x10-3 K/W RT = Δx / (K.Ag) RT = 0,04 / (238.0,074) RT = 2,367 × 10-3 KAg = 238 W/m.k Raio externo = 0,15 m L = 0,04 m Área = πr² Área = π0,15² Área = 0,074 m² 8) Uma parede com 25 centímetros de espessura separa dois ambientes cujas temperaturas são T1= 35°C e T2 = 22°C. Encontre o gradiente de temperatura e determine a temperatura da parede em x = 10 cm e em x = 18 cm. Resp: 29,8 °C e 25,64 °C ΔT/Δx = 35-22 / 0,25 = 52 [K.m-1] X=10 cm, T0 = 29,8 °C x = 18 52 = (35-T1) / 0,18 T1 = 25,6°C T1 = 35°C T2 = 22°C L = 25 cm ou 0,25 m x = 10 cm ou 0,10 m x = 18 cm ou 0,18 m 9) Um armazém deve ser projetado para manter resfriados os alimentos perecíveis antes de seu transporte para a mercearia. As dimensões externas do galpão não podem ultrapassar as medidas de 15,5 x 30,0 x 4,0 metros (largura x profundidade x altura) e a superfície externa fica exposta à temperatura com ar ambiente de 32°C. O isolamento da parede é feito com um material cujo k = 0,17 W/m.k e apresenta uma espessura de 75 cm. Determine a taxa com que o calor deve ser removido do armazém para manter o alimento a 4°C. Resp: q = 5.261 W q = K.A (T4 - T2) / L q = 0,17 . 829 x (32-4) / 0,75 q = 5261,39 W L = 0,75 m k = 0,17 W/m.k q T2 = 32°C TF = 4°C A = 15,5 x 4(2) A = 124 m² A = 30 x 4(2) A = 240 m² A = 30 x 15,5 A = 465 A total = 124 + 240 + 465 A = 829 m² 10) (Kreith, pag 20) Calcule a taxa de perda de calor de parede de um forno por unidade de área, sendo esta parede construída a partir de uma camada interna de aço de 0,5 cm de espessura (k= 40 W/m.K) e uma camada externa de tijolo de zircônio de 10 cm de espessura (k= 2,5 W/m.K), conforme mostrado na figura abaixo. A temperatura na superfície interna é de 900 K e na superfície externa é de 460 K. Qual é a temperatura na interface entre o aço e o zircônio? Resp: T = 898,6 K ζκ= (900 - 460) K A (0,005/40) + (0,10/2,5) qκ= 10.965,7 A qκε= T₁ - T₂ A R₁ oK ζκ.L₁ T₂=T₁- A₁.K₁ = 900 K - (10.965,7 ) m² (0,1000125 ) R T₂= 898,63K