MEC 1340: TRANSMISSÃO DE CALOR
Consulta livre a recursos próprios.
Quarto Teste: 26/06/2008
Duração: 2:50 horas
BOA SORTE
1a. questão (20/8 pontos). Um fio elétrico de 6 metros de comprimento dissipa
cerca de 1,5 kW de energia. O fio, de 8 cm de diâmetro, está colocado na
horizontal, é feito em aço inoxidável (k = 15 W / m.K) e está em um ambiente a 20
C. Determine a temperatura superficial do fio, considerando (a) convecção
natural e ausência de radiação - as propriedades devem ser determinadas à
temperatura de filme de 80C; (b) convecção natural e radiação (considere que a
emissividade do aço inoxidável seja 0,85) - as propriedades devem ser
determinadas à temperatura de filme de 60C e (c) qual é o calor trocado nesta
última situação? Resps. (a) Considerando Ts = 140C (por que?), Ra = 2,75x106,
153,2C. (b) considerando Ts = 100C (por que?), Ra = 2,39x106, 93,6C. (c) q total
= 1499,8 W
2a. Questão (10/8 pontos): Óleo quente deve ser resfriado em um trocador de
calor de duplo-tubo em escoamento oposto. O diâmetro interno do tubo exterior
(a carcaça) é 3 cm enquanto que o diâmetro do tubo interno é de 2 cm. A
espessura deste último tubo é desprezível e é feito em cobre.
Água escoa
através do tubo à taxa de 0,5 kg/s e o óleo escoa na carcaça a 0,8 kg/s.
Considerando que as temperaturas médias da água e do óleo sejam de 45 C e 80
C, respectivamente, determine o coeficiente global de troca de calor para este
trocador.
Considere os dois escoamentos como sendo desenvolvidos. Resp.
U = 50, 2W / m 2 .K
3ª. questão (30/8 pontos): Considere uma placa de 0,01 m de espessura,
construída em uma liga leve cuja condutividade térmica vale 5 W/m.K.
A
temperatura da face da direita desta placa é igual a 200 C. No lado esquerdo,
temos convecção com h = 200 W/m2.K com um fluido que está a 30C.
Há
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3
geração interna equivalente a 1x10 W/m .
Pede-se determinar (a) a
temperatura da face esquerda; (b) o calor trocado pela face da direita e (c) o
calor trocado pela face da esquerda. Resp. (a) 222, 9 C , (b) q − 38571, 4 W / m 2 ,
(c) q = 61428, 6 W / m 2
4ª. questão (20/8 pontos): Água deve ser aquecida de 15 a 65C enquanto escoa
através de uma tubulação de 5 metros de comprimento e 3 cm de diâmetro
interno. O tubo é equipado com um aquecedor elétrico, colocado externamente,
que garante o aquecimento uniforme em toda a superfície externa.
Pode-se
considerar que toda a energia liberada pelo efeito Joule será utilizada para o
aquecimento da água. Se a vazão estimada for de 10 litros por minuto, determine
(a) a potência do aquecedor e (b) a temperatura superficial do tubo na saída.
Resp. (a) q = 34, 6 kW e (b) Re = 10748 , Ts,s = 115, 5C
TÓPICOS DESTE TESTE:
1ª.
Questão
2ª.
Questão
Condução
Convecção
Natural
3ª.
Questão
X
X
X
Convecção
Interna
X
Balanço de
Energia
X
Radiação
X
Trocador de
Calor
4ª.
Questão
X
X
X
X
Principais erros cometidos pelos alunos:
1a. questão: Média de pontuação: 68,1%
• Alguns alunos desprezaram a convecção natural com o argumento que a
emissividade era grande. Este não é um bom argumento pois ε ≤ 1 , ou seja,
o valor da emissividade não pode ser muito grande.
• Problemas com unidades
• Muitos erros de conta, certamente por conta da pressão da prova.
2a. questão: Média de pontuação: 20,0%
• Muitos alunos não levaram em consideração o diâmetro hidráulico na análise
do escoamento no espaço entre os dois tubos;
• Muitos alunos erraram a definição do coeficiente global de troca de calor:
UA =
1
=
ΣR
1
1
R c int erno
•
•
•
+
1
R c externo
Alguns alunos tentaram calcular a diferença média logaritmica
temperatura, o que era impossível pois não havia suficiente informação.
Problemas com unidades
Alguns alunos ignoraram a informação do escoamento desenvolvido.
de
3a. questão: Média de pontuação: 47,6%
• Pelas condições indicadas, o calor na face esquerda é negativo, enquanto que
o calor saindo pela face da direita é positivo. Alguns alunos calcularam o
valor correto mas não indicaram o sinal, o que faz a maior diferença.
• Problemas com unidades
• Erros na especificação das condições de contorno.
4a. questão: Média de pontuação: 58,3%
• Problemas com unidades
• Alguns alunos encontraram temperaturas astronômicas, tipo 13000C... Algo
deveria ter chamado a atenção.
• Erro na especificação da temperatura de determinação das propriedades.
• Uso de aproximações desnecessárias.