Lista de Exercícios Resolvidos - Propriedades Termofísicas dos Materiais

Lista 4 Problemas de propriedades termo físicas dos materiais agosto 202 2 52 O aparelho de medição de condutividade térmica de barras em series será projetado para medir a condutividade térmica de material cuja condutividade térmica é aproximadamente 19267 W mK Considere a influencia de espaçamento dos termopares cinco termopares igualmente espaçados em cada amostra dimensões das barras fluxo de calor e a medição da temperatura na precisão Considere a condutividade térmica da barra de referência exatamente 03605 W mK 54 Uma esfera de cobre de 25 cm de diâmetro é usada como medidor de fluxo de calor Um termopar é instalado no seu interior e a temperatura transiente é registrada quando a esfera é subitamente exposta a um meio convectivo Fazer um gráfico da resposta em tempo do sistema para exposição súbita ao meio convectivo h570 Wm 2 o C Assuma que a esfera esta inicialmente a 95 o C e a temperatura do meio permanece constante a 35 o C Qual a constante do tempo deste sistema 55 Um medidor de fluxo de calor é construído de uma camada fina de material tendo uma condutividade térmica de 000481 W mK A queda de temperatura através da camada é medida com uma termo pilha composta de 10 junções de cobreconstantan A espessura da camada é 02032 mm Calcule a voltagem da saída da termopilha quando um fluxo de calor de 1829967 Wm 2 é imposto sobre a camada 56 A condutividade térmica de material isolante é determinada usando um aparelho de placa quente com proteção Uma amostra de 30x30 cm é usada e a condutividade térmica aproximada é cerca de 17 Wm o C Uma arranjo diferencial de termopares é usado para medir a queda de temperatura através da amostra com uma incerteza de 03 o C O calor fornecido é 5 kW 1 com uma queda de temperatura resultante de 55 o C A espessura da amostra é 20mm Qual a condutividade térmica e a incerteza 57 Desenvolve um aparelho para medição da condutividade térmica de vidro de janela Especificar a potência e as técnicas de medida de temperatura Avaliar a incerteza na medida 58 Desenvolve um arranjo de tubo capilar para medição da viscosidade de ar a 20 o C Especificar as dimensões taxa de vazão medida da temperatura e da pressão 59 Um viscosimetro de Saybolt é usado para medir a viscosidade de óleo tendo 50 centistokes Qual a incerteza de medição de tempo de modo que seja determinado com 1 510 Um aparelho de tubo capilar é usado para medição da viscosidade de óleo na faixa de 0001m 2 s e 890 kgm 3 O numero de Reynolds de projeto é 500 Calcule o comprimento de tubo se o diâmetro é 10 mm e a queda de pressão prevista é de 40 kPa 511 Uma proposta foi feita para empregar um par de discos paralelos a fim de medir a viscosidade de uma amostra líquida O disco superior gira a uma altura h acima do inferior A viscosidade do líquido na folga deve ser calculada a partir de medições do torque necessário para girar o disco superior continuamente Obtenha um expressão algébrica para o torque necessário para girar o disco superior 512 O viscosímetro de cone e placa mostrado é um instrumento freqüentemente usado para caracterizar fluidos não newtonianos Ele consiste em uma placa plana e em um cone giratório com angulo muito obtuso tipicamente é inferior a 05 grau O ápice do cone apenas toca a superfície da placa e o liquido a ser testado preenche a estreita brecha formada pelas duas peças Deduza uma expressão para a taxa de cisalhamento no líquido que preenche a brecha em termos da geometria do sistema Avalie o torque no cone acionado em termos da tensão de cisalhamento e da geometria do sistema 513 Um viscosímetro de cilindros concêntricos O torque viscoso é produzido pela folga anular em volta do cilindro interno Um torque viscoso adicional é produzido pelo fundo plano do cilindro interno a medida que gira acima do cilindro externo estacionário Obtenha uma expressão algébrica para o torque viscoso devido ao escoamento na folga anular de largura a e outra para o torque viscoso em virtude do escoamento na folga do fundo de altura b Prepare um gráfico mostrando a razão ba necessária para manter o torque no fundo a1 por cento ou menos do torque do espaço anular versus as outras variáveis geométricas Quais são as implicações de projeto Que modificações do projeto pode você recomendar 514 Um eixo de ponta cônica gira num mancal cônico A folga entre as duas peças é preenchida com óleo pesado de viscosidade SAE 30 a 30 o C Obtenha uma expressão algébrica para a tensão de cisalhamento que atua na superfície do eixo cônico Calcule o torque viscoso que atua no eixo 517 O equipamento da figura é usado para fazer medidas de condutividade térmica em metais desconhecidos Os comprimentos para as barras de metais conhecidos e não conhecidos são iguais com 5 termopares igualmente espaçados sobre cada barra Pela medição das temperaturas e fluxo de calor a condutividade térmica do metal desconhecido pode ser avaliada em função das temperaturas Projete um equipamento para medir condutividade térmica de um material com aproximadamente de 12017 WmK Considere a influência dos espaçamentos dos termopares dimensão das barras medidas de fluxo de calor e medida de temperatura na precisão Considere a condutividade térmica do material conhecido como 024034 WmK Problema 517 Aparelho usado para medir a condutividade térmica de metais Problema 518 Método do cilindro concêntrico para edir a condutividade térmica de líquidos 518 O aparelho de tipo concêntrico semelhante ao da figura é usados para medidas de condutividade térmica da água á 377ºC Considere que o comprimento dos cilindros é 127 cm o diâmetro externo é 381 cm e o espaçamento é de 0025 pol Descreva a influência do fluxo de calor e da medida de temperatura sobre a precisão da determinação da condutividade térmica 519 A viscosidade da água é 07484 kgs a 378ºC Um pequeno tubo capilar de 1527 m de comprimento será usado para verificar este valor Calcule a máxima vazão admissível para o escoamento num tubo de diâmetro interno 0254 Calcule a perda de pressão para esta vazão e estime a incerteza admissível na queda da pressão de maneira que a incerteza na viscosidade não exceda de 5 Assuma que a vazão é medida com incerteza de 000126 kgs 520 O aparelho com cilindros co ncêntricos rotativos da figura é usado para medida de viscosidade de água a 1000F O raio do cilindro interno é 38 000254 cm e seu comprimento é de 1016 000254 cm O cilindro externo gira a uma rotação de 180 00 2 rpm e seu diâmetro externo é de 406 000254 cm O espaçamento de fundo é de 127 000127 cm Calcule o torque nominal a ser medido é estime a incerteza admissível de maneira tal que a incerteza global da viscosidade não exceda 5 Repita o cálculo para glicerina a 378ºC Problema 520 Aparelho cilindro concêntrico rotativo para medidas de viscosidade 521 A viscosidade de gás é medida através da vazão e perda de carga em tubos capilares As variáveis experimentais que serão medidas são Pressão de entrada Diferencial de pressãoTemperatura Vazão mássica Diâmetro do tubo Deduza uma expressão para o percentual da incerteza na medida de viscosidade em função da variação das cinco variáveis 522 A densidade de um liquido deve ser determinada por um velho hidrômetro cilíndrico com 1 cm de diâmetro cujas marcas de divisão foram completamente apagadas A principio o hidrômetro é colocado na água e o nível de água é marcado Em seguida o hidrômetro é solto no outro líquido e observase que a marca da água fica 05 cm acima da interface entre líquido e o ar Se a altura da marca da água for 10 cm determine a densidade do líquido 523 Em cert o experi mento amostras cilíndricas de 4 cm de diâmetro e 7 cm de comprimento são utilizadas Os dois termopares em cada amostra são colocados a 3 cm de intervalo Após os primeiros transientes observase que o aquecedor elétrico consome 06A a 110V e ambos os termômetros diferenciais apontam uma diferença de temperatura de 10C Determine a condutividade térmica da amostra 524 Uma forma de medir a condutividade térmica de um material é fazer um sanduiche de um aquecedor elétrico entre duas amostras retangulares idênticas do material e isolar fortemente os quatros lados externos como mostrado na figura Termopares instalados nas superfícies interior e exterior das amostras registram as temperaturas Durante um experimento duas amostras de 10 cm x 10 cm de tamanho e 05 cm de espessura foram utilizadas Quando atingiu uma operação permanente o aquecedor consumia 25 W de potência elétrica e a temperatura de cada amostra observava uma queda de 82C na superfície interna para 74C na superfície externa Determinar a condutividade térmica do material na temperatura média 525 Um medidor de fluxo de calor colocado na superfície interior da porta de uma geladeira com 3 cm de espessura indica um fluxo de calor de 25 Wm² através da porta Além disso as temperaturas das superfícies interna e externa da porta foram medidas a 7C e 15C respectivamente Determine a condutividade térmica média da porta da geladeira 526 A viscosidade de um fluido deve ser medida com um viscosímetro construído de dois cilindros concêntricos de 75 cm de comprimento O diâmetro externo do cilindro interno é de 15 cm e a folga entre os dois cilindros é 012 cm O cilindro interno gira a 200 rpm e o torque medido é de 08 Nm Determine a viscosidade do fluido 527 Um viscosímetro de cilindros concêntricos Para pequenas folgas entre os cilindros podese admitir um perfil de velocidade linear no líquido que preenche o espaço anular O cilindro interno tem 75 mm de diâmetro e 150 mm de altura e a folga anular é de 002 mm Um torque de 0021 Nm é necessário para girar o cilindro a 100 rpm Determine a viscosidade do líquido no espaço anular