1CENTRO UNIVERSITÁRIO DE FORMIGA Credenciamento em 05/08/2004 e Recredenciamento em 15/12/2006 Mantenedora: Fundação Educacional Comunitária Formiguense – FUOM Lista V – Engenharia de Produção Transferência de Calor e Massa – Prof. Ms Samuel de Oliveira 1. Uma superfície de área 0,5 m², emissividade 0,8 e temperatura 150ºC é colocada em uma câmara grande e vazia cujas paredes são mantidas a 25ºC. (a) Qual a taxa na qual a radiação é emitida pela superfície? (b) Qual a taxa liquida de troca por radiação entre a superfície e as paredes da câmara? 2. Sob condições para as quais a mesma temperatura em um quarto é mantida por um sistema de aquecimento ou resfriamento, não é incomum uma pessoa sentir frio no inverno e estar confortável no verão. Forneça uma explicação razoável para esta situação (com apoio de cálculos), considerando um quarto cuja temperatura ambiente seja mantida a 20ºC ao longo do ano, enquanto suas paredes encontram-se normalmente a 27 ºC e 14 ºC no verão e no inverno, respectivamente. A superfície exposta de uma pessoa no quarto pode ser considerada a uma temperatura de 32 ºC ao longo do ano com uma emissividade de 0,9. O coeficiente associado à transferência de calor por convecção natural entre a pessoa e o ar do quarto é aproximadamente 2,0 W/m²K. 3. Uma sonda interplanetária esférica, de diâmetro 0,5m, contém eletrônicos que dissipam 150 W. Se a superfície da sonda possui uma emissividade de 0,8 e não recebe radiação de outras fontes como, por exemplo o sol, qual é a sua temperatura superficial? 2 D A esfera π = 4. Uma tubulação industrial de vapor d’água não isolada termicamente, com 25 m de comprimento e 100 mm de diâmetro, atravessa uma construção cujas paredes e o ar ambiente estão a 25ºC. Vapor pressurizado mantém uma temperatura superficial na tubulação de 150ºC e o coeficiente associado à convecção natural é h = 10 W(m².K). A emissividade da superfície é ε =0,8. (a) Qual é a taxa de perda de calor na linha de vapor? (b) Sendo o vapor gerado em uma caldeira de fogo direto, operando com uma eficiência de 0,9; e o gás natural cotado a $0,01 por MJ, qual é o custo anual da perda de calor na linha? 5. Um duto de ar quente, com diâmetro externo de 22,0cm e temperatura superficial de 93ºC, está localizado num grande compartimento cujas paredes estão a 21,0ºC. O ar no compartimento está a 27,0ºC e o coeficiente de película é 5,0 kcal/h.m 2 .ºC. Determinar a quantidade de calor transferida por unidade de tempo, por metro de tubo, se: a) o duto é de estanho (ε = 0,1) b) o duto é pintado com laca branca (ε = 0,9) 6. Um reator em uma indústria trabalha a 600ºC em um local onde a temperatura ambiente é 27ºC e o coeficiente de película externo é 40 Kcal/h.m 2 .ºC. O reator foi construído de aço inox (ε = 0,06) com 2,0 metros de diâmetro e 3,0 metros de altura. Tendo em vista o alto fluxo de calor, deseja-se aplicar uma camada de isolante (k = 0,05 kcal/h.m o C e ε = 0,65) para reduzir a transferência de calor para 10 % da atual. Desconsiderando as resistências térmicas que não podem ser calculadas, pede-se: a) O fluxo de calor antes da aplicação do isolamento; b) A parcela transferida por convecção após o isolamento; c) A espessura do isolante a ser usada nas novas condições sabendo-se que a temperatura externa do isolamento deve ser 62 o C. 2 7. Uma tubulação de vapor d’agua sem isolamento térmico atravessa um recinto no qual o ar e as paredes se encontram a 25ºc. O diâmetro externo do tubo é de 70 mm, a temperatura de sua superfície é de 200ºC e sua emissividade igual a 0,8. Sendo o coeficiente associado à transferência de calor por convecção natural da superfície para o ar de 15W/(m²K), qual é a taxa de calor perdida pela superfície por unidade de comprimento do tubo? 8. Chips, com L = 15 mm de lado, são montados em um substrato que se encontra instalado em uma câmara cujas paredes e o ar interior são mantidos à temperatura de 25ºC. Os chips têm uma emissividade ε =0,60 e temperatura máxima permitida de T S = 85ºC. (a) Se o calor é descartado pelo chip por radiação e convecção natural, qual é a potência operacional máxima de cada chip? O coeficiente convectivo depende da diferença entre as temperaturas do chip e do ar e pode ser aproximada por ( )4 1 ∞ − = T T C h S , onde C = 4,2 W/m²K 5/4 . (b) Se um ventilador for usado para manter o ar no interior da câmara em movimento e a transferência de calor for por convecção forçada com h = 250 W/m²K, qual é a potência operacional máxima? 9. A parede de um forno de secagem é construída com colocação de um material isolante de condutividade térmica k = 0,05 W/mK entre as folhas finas de metal. O ar no interior do forno está a 300ºC e o coeficiente convectivo correspondente é h = 30 W/m²K. A superfície interna da parede absorve um fluxo radiante de q” rad = 100 W/m² vindo de objetos quentes no interior do forno. A temperatura no ambiente externo do forno é 25ºC e o coeficiente total para a convecção e a radiação na superfície externa é de h 0 = 10 W/m²K. Qual espessura L do isolamento é necessária para manter a superfície externa da parede a uma temperatura segura para o toque de T = 40ºC? 10. Um reator de uma indústria trabalha à temperatura de 600ºC. Foi construído de aço inoxidável ( ε = 0,06) com 2,0 m de diâmetro e 3,0 m de comprimento. Tendo em vista o alto fluxo de calor, deseja isolá-lo com uma camada de lã de rocha (k=0,05Kcal/h.m.ºC e ε = 0,75 ) para reduzir a transferência de calor a 10% da atual. Calcular: a) o fluxo de calor ( radiação e convecção ) antes do isolamento; b) a espessura de isolante a ser usada nas novas condições, sabendo que a temperatura externa do isolamento deve ser igual a 62 ºC.
Report "Lista v Transf. Calor e Massa Eng Producao"