UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E DE
PETRÓLEO
Transferência de Calor
Prova #1
Prof.: João Felipe Mitre
Nota.:
Nome:
1o período de 2015
Questão 1
Uma semiesfera (uma esfera cortada pela metade) que estava com uma temperatura inicial Ti teve sua face plana colocada sobre uma placa mantida a temperatura
Ti e esse conjunto foi colocado em um meio fluido a uma temperatura T∞ que é
menor que Ti . Esse meio fluido está a uma velocidade bem caracterizada de tal
forma que existe uma coeficiente de película médio, h, muito bem definido. Partindo da equação geral da transferência de calor, equacione o modelo o modelo do
perfil de temperatura da semiesfera e modele também a condições de contorno e
iniciais. Utilize o sistema de coordenadas mais conveniente para a resolução do problema. Justifique cada simplificação. Seja sucinto. NÃO RESOLVA A EQUAÇÃO,
APENAS MODELE. (1 ponto)
Questão 2
Uma barra cilindrica de 10 m de altura e raio igual a 10 cm é colocada para
esfriar em um meio fluido que está a temperatura de 0o C. A temperatura inicial da
barra é de 400 K. A barra é feita de aço inoxidável 304 e as propriedades termofísicas
podem ser aproximadas por um valor constante ao valor dessas a 300 K. Não há
geração de calor na barra.
Considere que a solução para o problema não pode desprezar os efeitos espaciais.
Utilize a solução analítica conhecida para esse problema (não é necessário desenvolvêla). Qual a quantidade de energia que a barra irá perder para o ambiente até a
temperatura atingir 66,67% do valor da temperatura no estado estacionário ? Em
quanto tempo isso aconteceu ? (2 pontos)
Se possível desprezar os efeitos espaciais, qual é a resposta para as questões
relacionadas até esse ponto? Justifique o resultado encontrado .(1 ponto)
O coeficiente de película médio em torno da barra é dado por 100 W/m2 .K.
Assuma, se necessário, que a aproximação feita para os casos de número de Fourier
maior que 0,2 é aceitável.
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Questão 3
Rejeitos radioativos são colocados em um recipiente esférico de parede metálica.
Esses rejeitos estão parados dentro do recipiente. O raio interno desse recipiente é
de 1 m. O fluido no interior produz energia a uma taxa volumétrica constante e tem
uma condutividade térmica de 1 W/m.K Sabe-se que a temperatura na superfície
interna do recipiente é de 500K.
Através de um procedimento analítico-experimental foi possível determinar que
a tempertura no centro da esfera é 60 K maior que o valor determinado na superfície.
A metade inferior desse recipiente é feito de chumbo e tem uma espessura de 10
cm. A metade superior é feita de dois materiais. O material interno é feito de aço
especial não identificado e tem 5 cm de espessura. O material externo também é
chumbo e também tem 5 cm de espessura.
É adimissível que as propriedades termofísicas do chumbo sejam aproximadamente constantes e aproximadas pelo valor das propriedades na temperatura de 300
K. Entretanto, nada se sabe sobre o aço especial.
Despreze as resistências de contato entre os materiais. Considere que a esfera
(recipiente) está em um meio cujo o coeficiente médio de película é 10 W/m2 .K. A
temperatura do fluido externo é de 300 K.
Determine a temperatura entre o aço especial e o chumbo nas circunstâncias
enunciadas. (3 pontos)
Questão 4
São colocadas 100 aletas em formato de disco igualmente espassadas de 0,2 cm
em uma tubulação de 30 cm de comprimento total. As aletas e a tubulação são de
aço inoxidável 304. Os discos possuem uma espessura de 1 mm cada. A tubulação
tem um diâmetro externo de 10 cm e as aletas possuem 10 cm de tamanho (diâmetro
do disco da aleta é de 30 cm).
Admitindo que a temperatura da base (tubulação) seja de 400 K, qual é a quantidade de calor perdida para o ambiente considerando que o fluido ambiente está a
300 K e existe um coeficiente de película de 1000 W/m2 .K. (2 pontos)
Foi uma boa ideia colocar esse conjunto de aletas ? (1 ponto)
Assuma as propriedades termofísicas do aço inoxidável 304 constantes e iguais
ao valor destas a 300 K.
Não é necessário desenvolver as soluções analíticas para esse problema. Utilize
as informações previamente desenvolvidas e conhecidas.
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