Exercícios de Condução de Calor: Engenharia Mecânica, Exercícios de Calor e Transferência de Massa

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

NOTURNO

CAIRO VITOR DE SOUSA CARVALHO

EXERCÍCIOS:

CAPÍTULOS 1,2,3 CONDUÇÃO

SÃO JOÃO DEL-REI

1. Um tubo condutor de vapor de diâmetro interno 160 mm e externo 170 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 50, 0,15 e 0,08 kcal/h.m.oC, 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.

2. Um reservatório esférico destinado a encerrar oxigênio líquido, tem raio interno igual a 1,5 m e é feito de vidro com espessura igual a 0,03 m ( k = 0, kcal/h.m.oC ). O reservatório é revestido externamente por uma camada de lã de vidro de espessura igual a 0,35 m ( k = 0,03 kcal/h.m.oC ). A temperatura na face interna do vidro é - 180 oC e na face externa do isolamento é 10oC. Calcular : a) fluxo de calor através da parede; b) temperatura na interface vidro/isolante.

4. Um forno de formato cúbico, com altura de 5 ft, está isolado com 4" de um material isolante ( k=1 Btu/h.ftoF ). Nele são inseridas 1500 Ib/h de uma liga metálica, que se funde a 1100 oF, com calor latente de fusão da liga de 300 Btu/Ib. O forno se encontra em um ambiente onde a temperatura é 75 oF e o coeficiente de película é 2 Btu/h.ft.oF. Desprezando-se a resistência térmica do forno e admitindo-se que a liga já entre a 1100 oF, pede-se : a) o fluxo de calor pelas 6 faces do forno b) quantos HP são necessários para fundir a liga e compensar as perdas?

6. Duas substancias são misturadas, reagindo entre si e liberando calor dentro de um tubo de diâmetro interno 7,62 cm e espessura igual a 0,5 cm (k= 32 kcal/h.m.oC). O comprimento do tubo é 10 m. Todo o 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 ( k = 0,06 kcal/h.moC ) não ultrapasse 50 oC. O ar externo está a 25 oC, com coeficiente de película 12 kcal/h.m2.oC. O coeficiente de película da mistura é 90 kcal/h.m2.oC. Pede-se a espessura mínima necessária do isolante, para atender a condição desejada.

7. A parede de um forno é constituída de uma camada de 30 cm de um refratário cuja condutividade térmica é uma função da temperatura (k = 0,15 + 0,0001T). A temperatura na face interna do refratário é 1050 oC e na face externa é 250 oC. Calcular o fluxo de calor através da parede.

8. Uma barra cilíndrica longa, de raio b = 5 cm, k= 10 W/m ºC, contém material radioativo que gera calor uniformemente dento do cilindro a uma taxa constante g0 = 3 x 105 W/m3. A barra é resfriada por convecção na sua superfície cilíndrica com ar a T = 50º C, com um coeficiente de transferência de calor h = 60 W/m2 º C. Determine a diferença de temperatura entre o centro e a superfície externa da barra em regime permanente.