lista - condução do calor 2 resolvida

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  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

    1/18

    1)A parede de um forno industrial construda em tijolo refratrio com 0,15 m de espessura,cuja condutividade trmica de 1,7 W/m.K. Medidas efetuadas ao longo da operao em

    regime estacionrio revelam temperaturas de 1400 e 1150 K nas paredes interna e externa,respectivamente e um perfil linear de temperatura em regime permanente. Qual o fluxo e a taxa

    de calor perdida atravs de uma parede que mede 0,5 m por 1,2 m? Qual a quantidade de calorperdida em MJ e em kWh num intervalo de tempo igual a 2 h?

    Resposta:

    kWh4,3

    MJ24,12

    W1700

    W/m2833''

    =

    =

    =

    =

    x

    x

    x

    x

    Q

    Q

    q

    q

    Resoluo:

    O fluxo de calor pode ser obtido pela Lei de Fourier da seguinte forma:

    W/m283315,0

    115014007,121

    ''=

    =

    =

    L

    TTkqx

    A taxa de calor pode ser obtida por:

    Aqq xx =''

    ( ) W170015,0

    115014005,02,17,121 =

    =

    =

    L

    TTAkqx

    O calor dado por:

    tqQ xx =

    ( ) MJ12,24J12240000720015,0

    115014005,02,17,121 ==

    =

    == t

    L

    TTAktqQ xx

    O calor em kWh pode ser obtido usando-se tcom a unidade horas h ao invs de segundos s.

    kWh3,4Wh3400h2W1700 ==== tqQ xx

    2) Repita os procedimentos de clculo do exerccio anterior considerando que a parede sejaformada por:

    a)Ao carbono AISI 1010, comk= 63,9 W/m.K;b)Cobalto, com k= 99,2 W/m.K;c)Ferro puro, comk= 80,2 W/m.K;d)Silcio, com k= 148 W/m.K;

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    e)Isolamento de l de rocha, com k= 0,046 W/m.K.

    Resposta:

    (a) (b) (c) (d) (e)

    kWh8,127

    MJ1,460

    W63900

    W/m106500''

    =

    =

    =

    =

    x

    x

    x

    x

    Q

    Q

    q

    q

    kWh4,198

    MJ2,714

    W99200

    W/m165333''

    =

    =

    =

    =

    x

    x

    x

    x

    Q

    Q

    q

    q

    kWh4,160

    MJ4,577

    W80200

    W/m133667''

    =

    =

    =

    =

    x

    x

    x

    x

    Q

    Q

    q

    q

    kWh296

    MJ1066

    W148000

    W/m246667''

    =

    =

    =

    =

    x

    x

    x

    x

    Q

    Q

    q

    q

    kWh10,0

    MJ33,0

    W46

    W/m77''

    =

    =

    =

    =

    x

    x

    x

    x

    Q

    Q

    q

    q

    3)Grandes clulas-combustvel, como as utilizadas em aplicaes automotivas, frequentementerequerem resfriamento interno usando gua lquida pura para manter suas temperaturas em umnvel desejado. Em climas frios, a gua de resfriamento deve ser drenada da clula-combustvel

    para um recipiente adjacente quando o automvel desligado de tal forma que no ocorra o seucongelamento no interior da clula. Considere uma massa Mde gelo que congelou enquanto o

    automvel no estava sendo operado. O gelo encontra-se em sua temperatura de fuso (Tf = 0

    C) e est dentro de um recipiente cbico de lados com c de comprimento. A parede dorecipiente tem dde espessura e condutividade trmica k. Se a superfcie externa do recipiente

    for aquecida a uma temperatura T1> Tfpara fundir o gelo, obtenha uma expresso para o temponecessrio para fundir toda a massa de gelo e, em seguida, enviar gua de resfriamento para aclula-combustvel poder ser acionada.

    Resposta:

    ( )fTTkcdLM

    t

    =

    12

    6

    Resoluo:

    Para resolver tal problema, deve-se fazer o balano de energia (balano de 1 Lei da

    Termodinmica) nas paredes do recipiente, nas quais a conduo de calor se dar. Verifica-seque, na ausncia de energia que sai do recipiente e de gerao de energia, a energia que entra no

    recipiente igual variao da energia acumulada no recipiente. A variao da energia

    acumulada no recipiente igual quantidade de energia necessria para fundir o gelo (calorlatente de fuso). A energia que entra no recipiente, por sua vez, ocasionada por conduo docalor nas paredes, pois se tem diferena de temperatura entre os lados interno e externo.

    acumsaigerentra EEEE =+

    acumentra EE = Lentra QQ =

    Como o recipiente cbico, multiplica-se a rea por 6.

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    Lmtd

    TTAk =

    216

    Lmtd

    TTAk =

    216

    ( ) Lmtd

    TTck =

    2126

    Lmtd

    TTck =

    2126

    ( )212

    6 TTkc

    dLmt

    =

    ( )212

    6 TTkc

    dLmt

    =

    fTT =2

    ( )fTTkcdLm

    t

    =

    12

    6

    4)Considerando que o recipiente do exerccio anterior tenha uma espessura de 2 cm, paredescom lado de 0,5 m, seja composto por um material com condutividade trmica de 100 W/m.K eque esteja submetido a uma temperatura externa de 50 C, calcule o tempo necessrio para

    fundir 2 kg de gelo. Considere o calor de transformao do gelo igual a 333 kJ/kg.

    Resposta:

    t= 1,8 s

    Resoluo:

    Deve-se fazer o mesmo procedimento da questo anterior. Ao final, utilizam-se os valores nas

    variveis:

    ( )fTTkcdLm

    t

    =

    126

    ( )s8,1

    0501005,06

    02,033300022

    =

    =t

    5)Um pessoa ingere, em mdia, 2000 kcal em sua dieta diria de alimentos. Considerando que,aps todas as transformaes energticas, toda essa quantidade de energia dissipada na forma

    de calor na pele humana (no caso de a pessoa no engordar, ou seja, armazenar energia),calcule a espessura de um agasalho de algodo (com condutividade trmica igual a 0,06

    W/m.K), em centmetros, para que seja mantida a temperatura de 36,5 C na pele em um dia

    com temperatura igual a 0 C. Considere nos clculos uma pessoa adulta com massa de 82 kg e

    altura de 1,86 m e que a rea superficial da pessoa pode ser aproximada pela equao:

    3600

    cmemalturakgemmassa =A

    Dados: 1 cal = 4,1868 J.

    Resposta:

    4,7 cm

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    Resoluo:

    Primeiro converte-se a unidade de energia para J. Posteriormente se faz o balano de energia.

    Verifica-se que a energia que sai pelo agasalho corresponde energia gerada pelo metabolismo

    da pessoa (oriundo da energia adquirida na alimentao). Como essas quantidades de energia

    esto em trnsito, igualam-se as mesmas a calores. Pela Lei de Fourier aplicada, pode-se obter a

    valor da espessura do agasalho.

    J8373600cal1

    J4,1868cal2000000 =

    acumsaigerentra EEEE =+

    00 =+ saiger EE

    saiger EE =

    saiE=J8373600

    saiQ=J8373600

    tx

    TAkQsai

    =

    ( )86400

    05,3606,08373600

    =

    x

    A

    m06,23600

    86,182=

    =A

    ( )86400

    05,3606,206,08373600

    =

    x

    x=

    5,36

    10679,04

    8373600

    12,7845,36=

    x

    5,3612,784 = x

    cm4,7m047,0

    12,784

    5,36===x

    6)Uma barra cilndrica de 3 m de comprimento tem uma resistncia eltrica em seu interior quedissipa uma taxa de calor igual e constante a 500 W. Considerando a condutividade do material

    da barra como sendo igual a 300 W/m.K, calcule o fluxo de calor para raio igual a 0,2 m e para

    o raio mximo de 1 m em regime permanente. Considere que a taxa de calor dissipada

    igualmente para todos os valores de e que somente existe conduo na direo radial devido aisolamento nas extremidades do cilindro e ao fato de no haver diferenas de temperatura ao

    longo de . Considere que exista um perfil linear de temperatura ao longo do raio.

    Resposta:

    ( ) W/m6,132m2,0'' , ==rq sair

    ( ) W/m53,26m1''

    , ==rq sair

    Resoluo:

    Por balano de energias e atravs do relacionamento entre taxas de calor e fluxo de calor,

    podem-se obter os valores para os fluxos:

    acumsaigerentra EEEE =+

    00 =+ saiger EE

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    saiger EE =

    sairgerger qqE ,==

    A

    qq

    sair

    sair

    ,'', =

    32

    ,'',

    =

    r

    qq

    sair

    sair

    ( ) W/m6,13232,02

    500m2,0

    '', =

    ==

    rq sair

    ( ) W/m53,26312

    500m1

    '', =

    ==

    rq sair

    Verifica-se que, conforme o raio aumenta, a rea pela qual o calor passa tambm aumenta. Com

    isso, a concentrao do calor por metro quadrado (fluxo de calor) diminui.

    7)Considere a conduo de calor unidimensional, em regime permanente, atravs da geometriasimtrica representada na figura a seguir. Supondo que no h gerao interna de calor,desenvolva uma expresso para a condutividade trmica em funo da distncia k(x) para as

    seguintes condies:A(x) = (1-x), T(x) 300(1-2x-x), e que q= 6000 W, ondeAest em metrosquadrados, T em kelvins e x em metros. k neste caso particular varia com a distncia. O

    comprimento mximo da geometria de 0,4 m, com isso, as funes so vlidas apenas entre oincio (x= 0 m) e o final da geometria (x= 0,4 m). Calcule o valor de kparax= 0,3 m.

    Resposta:

    k(x = 0,3 m) = 12,59 W/m.K

    Resoluo:

    Aplicando-se a Lei de Fourier para a conduo nessa geometria se obtm:

    x

    TAkqx

    =

    ( ) ( )23300600900300600300 22

    3

    ==

    +=

    xx

    x

    xx

    x

    T

    ( ) ( )[ ]233001 2 = xxkqx

    ( ) ( )[ ]2330016000 2 = xxk

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    ( )( )231300

    6000 2= xxk

    ( )( )23120 2 = xxk

    ( )( ) 20231 2 = xxk

    ( )( )231

    202

    =

    xx

    k

    ( ) ( )[ ]23)1(120

    2+

    =

    xxk

    ( )( )23120

    2+

    =xx

    k

    ( )( )232120

    xxk

    +=

    ( )( )( )2321

    20

    xxxk

    +=

    Substituindo por valores dexobtm-se valores para a condutividade.

    ( ) ( )( ) KW/m59,1227,27,020

    3,0323,01

    20m3,0 2 =

    =

    +==xk

    8)Considere que, no interior de um condensador com rea superficial equivalente de 3 m eespessura das paredes igual a 5 mm, 2 kg de vapor da gua na temperatura de ebulio pressoatmosfrica (100 C) so convertidos em 2 kg de gua na mesma temperatura em um perodo de

    tempo igual a 3 s. Considerando que a troca de fase do vapor de gua ocorre sempre na mesmavelocidade no decorrer do tempo, calcule a temperatura na superfcie externa do condensador.

    Considere o condensador formado por cobre com condutividade trmica de 401 W/m.K e calor

    de transformao da gua igual a 2256000 J/kg. Tambm considere que a distribuio de

    temperatura ao longo das paredes do condensador linear e que a transferncia de temperaturapode ser tratada com o equacionamento em coordenadas cartesianas.

    Resposta:Text= 94 C

    Resoluo:Adota-se um procedimento semelhante ao necessrio para resolver as questes 3 e 4.

    acumsaigerentra EEEE =+

    acumsai EE = vaporguasai EEQ =

    Lsai QQ = Lsai QQ =

    Lmtx

    TAk =

    225600023005,0

    3401 =

    T

    225603609 = T

    251,63609

    22560==T

    251,6373 = extT C94K367 ==extT

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    9)A figura a seguir exibe a conduo de calor na direo azimutal em uma pea metlica. Aconduo de calor se d nessa direo porque existe uma diferena de temperatura entre as

    paredes a = 0 rad e a = /2 rad, e as demais paredes apresentam isolamento trmico.Sabendo que, em regime permanente, a distribuio de temperatura ao longo do metal dada

    por ( ) dointegraoporcalordetaxaaencontrerad,emeKempara,473400

    TT +=

    fluxo de calor na direo azimutal que acontece atravs da rea transversal a sua conduo [(r2

    r1)L]. Dados:L= 3 m; r1= 0,5 m; r2= 2 m; k= 300 W/m.K.

    Resposta:

    ( )

    kW159

    ln400

    1400

    1

    2

    ''

    =

    =

    =

    q

    r

    rLkq

    r

    krq

    Resoluo:Parte-se da aplicao da Lei de Fourier para o clculo do fluxo de calor na direo azimutal (emcoordenadas cilndricas).

    ( ) 473400

    +=

    T

    ( )

    400=

    T

    =

    T

    rkq

    1''

    =

    4001''

    rkq

    r

    kq

    1400''

    =

    Verifica-se que o fluxo de calor depende da direo radial. Assim, reescreve-se o fluxo de calor

    como funo do raio.

    ( )r

    krq

    1400''

    =

    Como o fluxo de calor no constante na rea transversal, no se pode multiplicar a rea total

    pela funo do fluxo para se obter a taxa de calor. Deve-se integral o fluxo de calor ao longo de

    tal rea para quantificar todo o calor que flui pela mesma por unidade de tempo (taxa de calor).

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    ( ) dAr

    kdArq

    =

    1400''

    Utilizando comprimento do cilindro constante e igual a L, a rea do cilindro pode ser expressa

    em funo do raio rpor:

    LrA =

    Desta forma, pode-se escrever: ( ) drLLrddA == Substituindo dAna equao da taxa de calor:

    ( ) drLr

    kdArq

    =

    1400''

    ( ) drr

    LkdArq

    =

    1400''

    drr

    Lkq

    =

    1400

    drr

    Lkq

    r

    r

    =

    2

    1

    1400

    ( )12 lnln400 rrLkq

    =

    =

    1

    2ln400

    r

    rLkq

    Substituindo pelos valores numricos:

    kW159W6,1588575,0

    2ln

    3300400==

    =

    q

    Validao dos Resultados (somente informativo turma)

    Nas engenharias, existem trs tipos bsicos de pesquisa: analtica (com clculos

    baseados nas equaes que descrevem o fenmeno), experimental (baseados em medies deexperimentos que reproduzem o fenmeno), e numrica (baseada em clculos numricos quereproduzem um resultado aproximado). Sempre se aceita o resultado analtico como sendo o

    correto para comparaes. Resultados experimentais podem ser utilizados como sendo vlidos

    desde que seja descrita em detalhes a metodologia adotada, bem como, as incertezas demedio. J os mtodos numricos so muito recentes e vm crescendo muito com o

    desenvolvimento da informtica. Eles permitem clculos aproximados utilizando computador,

    que permite que milhares ou milhes de clculos sejam realizados em um curto perodo detempo, reduzindo custos com instrumentao e tempo de trabalho.

    Para comparao, realizei uma simulao com o uso do mtodo numrico de volumesfinitos, que substitui diferenas infinitesimais das equaes diferenciais da conduo de calor

    por diferenas finitas. Desta forma, gera-se um sistema de equaes algbricas lineares ao invsde se ter equaes diferenciais. O sistema de equaes algbricas resolvido iterativamente pelo

    computador, partindo-se de um chute inicial at se atingir um valor aproximado para asoluo do problema. Para o problema 9, obteve-se aps a simulao o campo de temperaturas

    ao longo de exibido a seguir.

    Como se pode observar, no lado prximo ao raio menor, a concentrao de isolinhas detemperatura (isotermas) maior do que no lado do raio externo. Como pela lei de Fourier, tem-

    se que o fluxo de calor diretamente proporcional a taxa de variao da temperatura ao longo

    da direo analisada (q dT/d), o fluxo de calor ser maior prximo ao centro do cilindro e

    menor prximo da parte externa. Como o fluxo no constante ao longo da rea na qual ele conduzido, temos que integrar ele em funo da rea, obtendo a taxa de calor conduzida na rea.

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

    9/18

    Numericamente isso feito multiplicando-se o fluxo de calor em um ponto por uma rea de

    tamanho pequeno e se fazendo o somatrio disto atravs de toda a rea: q= (qi. Ai).

    Campo de temperatura obtido por simulao numrica

    O fluxo de calor em W/m ao longo do raio, encontrado com a simulao, est

    representado a seguir:

    Fluxo de calor ao longo do raio obtido por simulao numrica

    Com a simulao numrica, obteve-se a seguinte convergncia para o valor final da taxade calor em W em regime permanente:

    Taxa de calor integrada ao longo da rea de conduo obtida por simulao numrica

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    O valor obtido numericamente foi de 158874,9 W. Este valor bem prximo ao valor

    obtido analiticamente, na resoluo feita anteriormente, para este exerccio que foi de 158857,6

    W. O erro relativo entre as duas solues foi de 0,0109%, indicando que ambas as soluesesto coerentes e representativas do fenmeno. A simulao foi realizada com o auxlio do

    mundialmente conhecido software comercial Star-CCM+ da empresa CD-Adapco

    (http://www.cd-adapco.com/), cuja licena tenho disponvel no PROMEC/UFRGS. Aqui na

    UNIVATES j temos a disposio para os prximos semestres o software Consol, que faz

    anlises de mesma natureza.

    10) Considere a conduo de calor unidimensional, em regime permanente, atravs dageometria simtrica representada na figura a seguir. Supondo que no h gerao interna de

    calor, desenvolva uma expresso para a temperatura em funo da distncia T(x) para asseguintes condies: A(x) = (1-x), k = 400 W/m.K, e q = 6000 W, onde A est em metros

    quadrados exem metros. Calcule o valor de Tparax= 1,5 m.

    Resposta:

    ( ) ( )

    ( ) K4,280m5,1

    2701ln15

    ==

    +=

    xT

    xxT

    Resoluo:

    A resposta pode ser obtida a partir da aplicao da Lei de Fourier. Aplicam-se os valores e seintegra a taxa de variao da temperatura ao longo dex.

    x

    TAkqx

    =

    ( )x

    Txkqx

    = 1

    ( )x

    Tx

    = 14006000

    ( ) xTx = 6000400400

    400400

    6000

    =

    x

    xT

    ( ) x

    xT

    =

    1400

    16000

    ( )

    x

    x

    T

    =

    1

    115

    ( ) dx

    xdT

    =

    1

    115

    ( ) = dxxdT 11

    15

    ( ) ( )[ ]cxxT += 1ln15

    Usando-se a condio de contorno dada no enunciado:

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

    11/18

    ( ) ( )[ ]cxT +=== 12ln152702

    1815

    270==c

    Obtm-se uma expresso para Tem funo dex:

    ( ) ( )[ ]181ln15 += xxT

    ( ) ( ) 2701ln15 += xxT

    Parax= 1,5 m, obtemos Tigual a:

    ( ) ( ) K4,28027015,1ln15m5,1 =+==xT

    11)Para a conduo unidimensional ao longo de xna parede da figura a seguir, calcule o fluxode calor emx= 0 m para as seguintes distribuies de temperatura:

    a) ( ) 40015 += xxT

    b) ( ) 50030050 2 ++= xxxT

    c) ( ) 300=xT

    d) ( ) ( ) xxxT += 300ln

    e) ( ) 30030 4 ++= xxxT

    f) ( ) 5002 +=xxT

    Resposta:

    a) W/m5,25

    ''=

    xq b) W/m510

    ''=

    xq c) W/m0

    ''=

    xq d) W/m

    ''=

    xq e) W/m7,1

    ''=

    xq f)W/m0'' =xq

    Resoluo:A resoluo de tais itens pode ser obtida pela aplicao da Lei de Fourier, utilizando as

    derivadas das temperaturas como funes dex.12) Qual a taxa de calor conduzida na parede da figura a seguir por meio de conduounidimensional? Considere que kA= 50 W/m.K, kB= 400 W/m.K,LA= 0,5 m, LB= 0,6 m,A=0,5 m, T1= 500 K e T3= 200 K. Qual o valor de T2?

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    Resposta:

    K13,239

    kW13

    2 =

    =

    T

    qx

    Resoluo:

    Neste e em problemas semelhantes pode-se realizar o clculo por analogia com um sistemaeltrico. Calcula-se a resistncia trmica total, que neste caso igual soma das resistncias decada material, pois o arranjo est em srie, e posteriormente se calcula a taxa de calor.

    mK/W0115,00015,001,0400

    6,0

    50

    5,0=+=+=+=+=

    B

    B

    A

    ABATotal

    k

    L

    k

    LRRR

    ( ) kW/m1,26W/m260872005000115,011"

    === TR

    qTotal

    x

    kW13,04W5,130435,026087

    "==== Aqq xx

    ( )

    A

    xL

    TTAkq 12

    =

    ( )

    5,0

    5005,0505,13043 2

    =

    T

    K13,2392 =T

    ou:

    "xA qRT =

    K87,2602608701,0 ==T

    87,260500

    87,260

    2

    21

    =

    =

    T

    TT

    K13,2392 =T

    Validao dos Resultados (somente informativo turma)

    Fazendo-se o clculo do fenmeno por meio de transferncia de calor computacional com o usodo software comercial Star CCM+, se obtm o seguinte campo de temperaturas para a conduo

    na parede composta:

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    Fazendo-se o grfico da variao da temperatura ao longo de x, obtm-se o seguinte

    comportamento:

    Verificamos que atravs da soluo numrica computacional obtemos o mesmo valor detemperatura que na soluo analtica por clculo de resistncias para a temperatura T2. Tambm possvel verificar que, como a resistncia do material A maior, devido a sua menor

    condutividade, a variao de temperatura atravs deste material deve ser maior para compensaros efeitos contrrios conduo provocados pela menor condutividade, mantendo o fluxo e a

    taxa de calor constante por toda a parede composta. O fluxo e a taxa devem ser constantes emtodo o material, pois o regime considerado permanente, no qual sempre a mesma taxa de

    energia atravessa a parede (tudo que entra no lado esquerdo deve necessariamente sair no ladodireito). Diferentes valores de taxas de calor entre os lados da parede implicariam em acmulo

    ou retirada de energia interna da parede (aquecimento ou resfriamento) e o regime seria

    transiente. No caso considerado, as temperaturas no variam com o tempo, somente com a

    posio, ou seja, a parede no aquece nem resfria numa dada posio. O clculo por resistncias

    trmicas no vlido para regime transiente.Nas trs prximas figuras, pode-se verificar que foi obtido o mesmo fluxo de calor ao

    longo de todas as sees transversais da parede.

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    Caso os materiais fossem invertidos, obter-se-ia uma distribuio de temperatura como aexibida a seguir. Mantendo a maior variao de temperatura atravs do material menos condutorpara compensar a resistncia maior que ele possui, mantendo o fluxo constante atravs da

    parede.

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    13) Considere conduo de calor unidimensional na parede composta da figura a seguir emregime permanente. A temperatura na superfcie externa do material A, Ts,1, 400 K, a

    temperatura na superfcie externa do material C, Ts,4, 200 K e a taxa de calor atravs da parede constante e igualmente distribuda na rea transversal da parede com o valor de 91140 W.Considerando rea transversal de 2 m, condutividade trmica do material B, kB,de 10 W/m.K,condutividade trmica do material C, kC,de 90 W/m.K, espessura do material A igual a 5 cm,

    espessura do material B igual a 3 cm e espessura do material C igual a 8 cm; calcule acondutividade trmica do material A. Determine os valores de Ts,1, T2, T3e Ts,4.

    Resposta:kA= 100 W/m.K; Ts,1 = 400 K; T2 = 377,22 K; T3 = 240,51 K; Ts,4= 200 K

    Resoluo:O procedimento de clculo semelhante ao do problema anterior.

    14) Qual a taxa de calor conduzida na parede da figura a seguir por meio de conduounidimensional? Considere que kE= 50 W/m.K, kF= 400 W/m.K, kG = 200 W/m.K, kH= 100

    W/m.K, LE= 0,5 m,LF=LG= 0,6 m,LH = 0,4 m,AE= AH= 0,25 m,AF= AG= 0,125 m T1=500 K e T2= 200 K.

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    Resposta:

    W2679=Totalq

    Resoluo:Neste problema tambm se pode fazer analogia com um circuito eltrico. Contudo, primeiro,

    deve-se calcular a resistncia trmica equivalente dos materiais F e G que esto em paralelo.Utilizando as reas juntamente na resistncia eltrica, pode-se obter diretamente a taxa de calor

    no procedimento. Quando se consideram as paredes superior e inferior isoladas, o fluxo de calorem regime permanente forado a se dividir nas paredes paralelas e, aps as mesmas, os fluxos

    se somam novamente para satisfazer a 1 Lei da Termodinmica (balano de energia). Devido aisso, as reas que devem ser consideradas so as reas de cada uma das paredes em paralelo.

    HeequivalentETotal RRRR ++= FG,

    125

    6,0

    125,0200

    6,0

    125,040011111

    FG,

    =

    +

    =

    +

    =

    +

    =+=

    G

    GG

    F

    FF

    GG

    G

    FF

    FGFeequivalent L

    Ak

    L

    Ak

    Ak

    L

    Ak

    LRRR

    1251

    FG,

    =

    eequivalentR

    K/W008,0FG, =eequivalentR

    K/W064,0016,0008,004,0

    25,0100

    4,0003,0

    25,050

    5,0FG, =++=

    ++

    =

    ++

    =

    HH

    Heequivalent

    EE

    ETotal

    Ak

    LR

    Ak

    LR

    ( ) W5,4687200500064,0

    11=== T

    Rq

    Total

    Total

    Para calcular as quedas de temperatura atravs de cada um dos materiais e o fluxo de calor

    atravs dos mesmos, devemos fazer os seguintes procedimentos:

    TotalEE qRT =

    K5,1875,468704,0 == ET

    GeFeEentre1 TTTE =

    K5,312GeFeEentre =T

    Totaleequivalent qRT = FG,GeF

    K5,375,4687008,0GeF ==T

    GeFeHentreGeFeEentreGeF TTT =

    GeFeHentre5,3125,37 T=

    K275GeFeHentre =T

    TotalHH qRT =

  • 7/26/2019 Lista - Conduo do Calor 2 Resolvida

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    K755,4687016,0 == HT

    2GeFeHentre TTTH =

    275275 T=

    K2002 =T

    FFF

    TR

    q =1

    ra.temperatudetotalquedaaobterseparasomadasser

    devemrastemperatudequedasaseigualtaxaasrieEmtotal.aobterseparasomadacalor

    detaxaaemesmaaratemperatudequedaaparalelo,emtrmicoscircuitosParamesma.a

    correnteaetotalquedaaobterseparasomadatensodequedaasrieEmtotal.aobtersepara

    somadacorrenteaemesmaatensodequedaaparaleloEm..eltricos.circuitosnoscomoGeF = TTF

    GeF

    1T

    Rq

    FF =

    5,37012,0

    1=Fq

    W3125=Fq

    GG

    G TR

    q =1

    nteanteriormeexplicadomotivomesmoGeF = TTG

    GeF

    1T

    Rq

    GG =

    5,37024,0

    1=Gq

    W5,15625,37024,0

    1==Gq

    W5,46875,15623125 =+=+= GFTotal qqq

    TotalE qq =

    W5,46875,187

    04,0

    11E === T

    Rq

    EE

    TotalH qq =

    W5,468775

    016,0

    11H === T

    Rq

    HH

    Mais uma vez a soluo analtica atravs do clculo de resistncias pode ser comparada com

    uma soluo numrica de uma simulao. Verificamos que para os campos de temperatura,

    obtm-se praticamente os mesmos valores para as quedas de temperaturas entre os materiais,

    com divergncia mxima entre os valores em torno de 1,8%.

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