Análise de Transferência de Calor em Tubos e Placas

ALUNOA NOTA Questão 1 Considere um tubo circular horizontal com diâmetro D 2 0 m m e parede delgada submerso em um recipiente que contém n octadecano parafina usada para armazenar energia térmica À medida que água quente escoa através do tubo calor é transferido para a parafina convertendoa do estado sólido para o estado líquido na temperatura de mudança de fase T 274 C Sabese que o calor latente de fusão e a massa específica da parafina são respectivamente h LF 244 kJkg e ρ 770 kgm 3 Supondo que a superfície do tubo possua uma temperatura uniforme que corresponde àquela da mudança de fase da parafina determine a temperatura de saída da água para uma vazão de água de 450 kg h e uma temperatura de entrada de 7 0 C Se H 015 m e W 02 0 m determine qual é a quantidade de energia total armazenada no recipiente e quanto tempo irá levar para a liquefação completa da parafina partindo de um estado inicial no qual toda a parafina encontrase no estado sólido a uma temperatura de 274 C Água T K kgm 3 c p kJ kg K 10 6 N s m² k 10 3 W m K Pr 10 6 K 1 280 1000 4198 582 1026 4604 290 999 4184 1080 598 756 1740 300 998 4179 855 613 583 2761 310 993 4178 695 628 462 3619 320 989 4180 577 640 377 4367 330 984 4184 489 650 315 5040 340 979 4188 420 660 266 5660 Questão 2 Uma vazão de água de 72 Litrosmin escoa em um tubo com comprimento L 25 m e diâmetro de 60 mm cuja temperatura de superfície é mantida em 85 ºC A temperatura de entrada da água no tubo é de 12 ºC Calcule o coeficiente de transferência de calor da água através de uma correlação empírica disponível na Literatura Determine qual deve a temperatura de saída da água do tubo nesta condição de escoamento apresentada acima Determine a quantidade de calor absorvida pela água durante o seu escoamento no interior do tubo Questão 3 Ar a temperatura T 80 C escoa com uma velocidade V 40 kmh sobre uma placa plana de comprimento L 15 m mantida a uma temperatura uniforme de 24C Calcule o fluxo de calor do ar para a placa a 10 cm do bordo de ataque e a 1250 mm do bordo de ataque Ar T K kgm³ c p kJ kg K 10 7 N s m² 10 6 m²s k 10 3 W m K α 10 6 m²s Pr 250 13947 1006 1596 1144 223 159 0720 300 11614 1007 1846 1589 263 225 0707 350 09950 1009 2082 2092 300 299 0700 400 08711 1014 2301 2641 338 383 0690 450 07740 1021 2507 3239 373 472 0686 500 06964 1030 2701 3879 407 567 0684 550 06329 1040 2884 4557 439 667 0683 600 05804 1051 3058 5269 469 769 0685 Questão 4 Sob condições de funcionamento em regime permanente a temperatura superficial de uma pequena lâmpada incandescente de 40 W atinge 98C quando as temperaturas do ar ambiente e das paredes da sala são 6C Aproximando a lâmpada por uma esfera de 50 mm de diâmetro e considerando uma emissividade do seu material de 065 Determine Coeficiente de convecção natural ao redor da lâmpada utilizando uma correlação empírica disponível na literatura Taxa de transferência de calor da lâmpada nesta condição de funcionamento e discuta se nesse caso seria possível desconsiderar os efeitos da radiação baseado nos cálculos realizados Questão 5 Um eixo cilíndrico longo de 6 cm de diâmetro construído em aço 7900 kgm³ k 149 W m K c p 477 J kg K sai de um forno a temperatura uniforme de 33 0C O eixo então é resfriado em uma sala climatizada com uma temperatura T 24 C na posição horizontal Determine o coeficiente de convecção externo associado a este processo utilizando uma correlação empírica disponível na L iteratura Desprezando os efeitos da radiação c alcule a temperatura no centro do eixo 35 minutos após o início do processo de resfriamento considere o coeficiente convectivo calculado na letra a constante durante todo tempo Se a radiação fosse considerada na análise a temperatura no centro do eixo seria maior menor ou o mesmo que foi determinado na letra b Questão 6 Um tubo metálico com parede fina e 1 56 m m de diâmetro coberto com uma camada de isolant e térmico k iso 0 19 W mK com 2 4 mm de espessura transporta vapor de água superaquecido à pressão atmosférica e encontrase preso por suportes ao teto de uma grande sala A temperatura do ar externo ao tubo é igual a 2 7 C a temperatura do vapor na entrada do tubo é de 1 56 C e o coeficiente de transferência de calor na superfície externa do isolante que revest e o tubo é de 3 1 W m 2 K Calcule em que posição ao longo do comprimento do tubo o vapor irá começar a condensar T vapor 100C considerando que a vazão mássica do escoamento do vapor dentro do tubo seja 7 9 kgh Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção interno utilizando uma correlação empírica disponível na literatura Vapor dágua T K kgm 3 c p kJ kgK k 10 3 W mK n 10 6 m²s m 10 7 Ns m² Pr 380 05863 2060 246 2168 1271 106 400 05542 2014 261 2425 1344 104 450 04902 1980 299 3111 1522 101 500 04405 1985 339 3868 1704 0998 550 04005 1997 379 4707 1884 0993 Questão 7 Calcule a taxa de perda de calor por conveccao das partes superior e inferior de um grill de restaurante de 1 metro quadrado liso horizontal mantido aquecido a uma temperatura superficial constante igual a 227C em ar ambiente a 27C Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Engenharia Mecânica Transferência de Calor 8 º Período Noite Gustavo Fonseca de Freitas Maia Ex ercício 3 31 de outubr o de 20 2 2 5 pontos