UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE CIÊNCIAS INTEGRADAS DO PONTAL - FACIP

CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO DISCIPLINA: FENÔMENOS DE TRANSPORTE

4ª AVALIAÇÃO DE FENÔMENOS DE TRANSPORTE

PROF.: GLEYZER MARTINS PERÍODO: 5º

Data:____/___/_____ Valor: 100 pontos

ALUNOS:_____________________________________________________ Nº.:___________________

Questão 01 (20 pontos)- Considere a condução de calor unidimensional, em regime estacionário, através de um cilindro de raio igual a 10mm, conforme mostrado na figura. Sabendo que as temperaturas das superfícies em x=0 é T1=0ºC e em x=L=100mm é T2=100ºC e que a condutividade térmica do material é dada por k=exp(2

.x) [W/m

.K]. Determine:

a) Detalhadamente a expressão da distribuição de

temperatura (10 Pontos) b) Detalhadamente a expressão da distribuição do

fluxo de calor (10 Pontos) c) A direção, o valor do fluxo de calor e a

temperatura do material em x=L/2(5 Pontos)

Questão 02 (35 pontos)- Uma parede é composta por dois materiais diferentes, com um espaço de ar no interior de um dos materiais, conforme mostrado na figura. Sabendo que as temperaturas do ambiente interno e externo são respectivamente T1=25ºC e T2=45ºC, e que o material 1 possui condutividade térmica igual a k=0,58W/m

.K, e o material 2 possui condutividade térmica igual a k=0,72W/m

.K. O ar por sua vez

possui condutividade térmica igual a k=0.026W/m.K. Determine:

a) O diagrama de resistência térmica de um elemento de parede (5 Pontos) b) A taxa de transferência de calor por comprimento na

parede, sabendo que o coeficiente de transferência de calor por convecção interno e externo são respectivamente iguais a 50 W/m2.K e 100/m2.K (10 Pontos)

c) Determine as temperaturas na parede interna e externa (10

Pontos)

d) A análise do impacto econômico de preencher os espaços de ar por espuma de poliuretano expandido com coeficiente de condutividade térmica de k=0.039W/m

.K,

sabendo que custo por metro quadrado do ar condicionado é R$0,20 kW-h e considerando uma sala retangular de 3m de comprimento, 4m largura e 3m de altura (10 Pontos)

T1 T2

x

[mm]

Ambiente

Interno

Ambiente

Externo

25ºin

ambT C= 45ºext

ambT C=sup

inT sup

exT

Material-1Material-1

Material-2

Ar

Questão 03 (30 pontos)- Um tubo de aço de 150mm de diâmetro transporta um gás a temperatura de -40ºC com velocidade de 10m/s . Sabendo que o isolamento é feito com lã de rocha com espessura de 50mm e que a temperatura da parede é 20ºC. Determine:

a) O coeficiente de convecção no interior do tubo (10

Pontos) b) A taxa de transferência de calor por metro de tubulação

(10 Pontos) c) O tempo de amortização do investimento de empregar

uma película de 2mm de silicato de cálcio, com coeficiente de condução de 0,045W/m-K, no interior do tubo a um custo de R$50,00 o metro. Sabendo que a planta funciona 24h e durante todo ano considerando o custo da perda de calor por metro de tubulação igual a R$ 0,10/kW-h (10 Pontos)

Considere as seguintes propriedades :

7 2

3

3

56

0,045

132,5 10 /

1,75 /

1,007 /

18,1 10 /

aço

iso

Gás q

Gás q

Gás q

Gás q

k W m K

k W m K

N s m

kg m

Cp kJ kg K

k W m K

µ

ρ

−

−

−

−

−

−

= ⋅

= ⋅

= ⋅ ⋅

=

= ⋅

= ⋅ ⋅

Questão 04 (15 pontos)- Uma esfera de alumínio é aquecido a temperatura de 450ºC em seguida é resfriado em água a 25ºC. Sabendo que o coeficiente de convecção na água é igual a 400W/m

2K

e que as propriedades do alumínio são: coeficiente de condução - 177W/m

.K , a densidade - 2770 kg/m

3 e o calor especifico - 903 J/kg.K

. Determine:

a) O diâmetro da esfera para empregar o método da capacidade concentrada (5 Pontos)

b) O tempo necessário para a temperatura da esfera alcançar 250ºC (5

Pontos)

c) O número de Fourier transcorrido 10s (5 Pontos)

,1 40ºT C∞

= −

,2 20ºT C∞

=

450ºAlT C=

25ºaguaT C=

Água

Alumínio