CEFETPRDAMEC EF2_LE3_36/12/2005 Prof. RaulLACIT 1ENERGIA E
FLUIDOS 2 LISTA DE EXERCCIOS 6-1 1 - Um motor recebe potncia
eltrica Pel de uma linha de fora e transmite potncia Pmec para uma
bomba
atravsdeumarvorerotativadecobrecomcondutividadetrmicake,comprimentoLedimetroD.O
motorestmontadosobreumasapataquadradadeladoW,espessuratecondutividadetrmicaks.A
superfciedecarcaademotordereaAcencontra-seexpostaaoarambienteaT00ecoeficientede
conveco correspondente hc. As extremidades opostas da rvore esto a
temperaturas Tc (=Th) e T00, e a transferncia de calor do eixo para
o ambiente caracterizada pelo coeficiente de conveco he. A base da
sapata est a T00. a) Obtenha uma expresso para a taxa de
transferncia de calor na extremidade esquerda da rvore. 232(
)44tanhe s h oocesD h k T Tqh Lk D= b) Expressando seu resultado em
termos de Pel, Pmec, ke, L, D, W, t, ks, Ac, hc, ehe, obtenha uma
expresso para (Tc T00 ). Sol.: 2 32244tanhe mbe ssc cesP PD h kk wh
Ath Lk D=+ + c) Qual o valor de Tc se Pel =25kW, Pel=15kW,
ke=400W/mK, L= 0,5m, D=0,05m, W=0,7m, t=0,05 m, ks=0,5 W/mK,
Ac=2m2, hc=10 W/m2K, he=300W/m2 e T00=25C? Sol. : Tc = 347.1oC 2 -
Uma barra longa passa atravs da abertura de um forno, onde o ar
concentra-se a uma temperatura de
400Cepressionadofirmementecontraasuperfciedeumlingote.Termoparesembutidosnabarra,
localizadosa25e120mmapartirdolingote,registramtemperaturasde325e375C,respectivamente.
Qual a temperatura do lingote? CEFETPRDAMEC EF2_LE3_36/12/2005
Prof. RaulLACIT 2 Sol.: T = 300oC 3 -Uma barra circular longa de
alumnio fixada em uma extremidade a uma parede aquecida e transfere
calor por conveco para um fluido frio. (a)Se o dimetro da barra for
triplicado, para quanto ir mudar a taxa de calor removido?Sol.: 5.2
(b)Seabarradecobredemesmodimetroforutilizadaemlugardadealumnio,paraquantoir
mudar a taxa de calor removida?Sol.: 1.29 4 - Uma barra de lato de
100mm de comprimento e 5mm de dimetro se estende horizontalmente de
um
moldedefundioa200C.AbarraestnoarambientecomT00=20Ceh=30W/m2K.Quala
temperatura da barra a 25, 50 e 100 mm a partir do molde? Sol.:
156.5 oC, 128.9 oC, 107.0oC 5 -A extenso para a qual a condio da
extremidade afeta o desempenho trmico de uma aleta depende da sua
geometria e da sua condutividade trmica, bem como do coeficiente de
conveco.Considere uma aleta retangular de uma lida de alumnio
(k=180W/mK), comprimento L=10 mm, espessura t=1mm e w>>t. A
temperatura da base da aleta Tb=100C, ea aleta exposta a um fluido
temperatura de T00 =25C.
(a)Assumindoumcoeficientedeconvecouniformeh=100W/m2Ksobretodasuperfciedaaleta,
determine a taxa de transferncia de calor removida da aleta por
unidade de largura qf, eficincia f,
efetividadef,resistnciatrmicaporunidadedelarguraRt,a
eatemperaturada extremidade T(L) para os Casos A e B. Compare seus
resultados com aqueles baseados em uma aproximao para aleta
infinita. Sol.: 6 - Uma aleta plana fabricada de liga de alumnio
(k=185W/mK) possui uma espessura de base de t=3mm e comprimento
L=15mm.A temperatura de sua base Tb=100C, e est exposta a um fluido
a T00=20C e h=50W/m2K. Para as condies citadas e uma aleta de
largura unitria, compare a taxa de calor, eficincia e volume para
aletas de perfis retangular, triangular e parablico. Sol.: 7 - Duas
barras longas de dimetro D=10mm esto unidas por uma solda em suas
extremidades, sendo o
pontodefusodasolda650C.Asbarrasestonoara25C,comumcoeficientedeconvecode
10W/m2K.Qual a potncia mnima necessria para efetuar a solda? Sol.:
120,9 W
8-BarrascircularesdecobrecomdimetroD=1mmecomprimentoL=25mmsoutilizadaspara
aumentar o calor transferido de uma superfcie mantida a
TS,1=100C.Uma extremidade da barra fixada a essa superfcie (em
x=0), enquanto a outra extremidade (x=25 mm) colocadaem contato
comasegunda superfcie, a qual mantida a Ts,2=0C. Ar escoando entre
as superfcies(e sobre as barras) encontra-se tambm a 0C, e um
coeficiente de conveco h=100W/m2K mantido. (a)Qual a taxa de calor
transferido por conveco de uma nica barra para o ar? Sol.: 0.374W
(b)Qual a taxa de calor transferido de uma superfcie de seo
superficial de 1mX1m a 100C, se um feixe de barras instalado a 4mm
do centro?Sol: 1.037 E5 W
