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