UPM/EE/DEM/FT-II-5C/Profa. Dra. Míriam Tvrzská de Gouvêa/2004-2S UPM/EE/DEM&DEE/FT-II-4E/F/Profa. Dra. Esleide Lopes Casella/2004-2S

Transcrição

1 Questão paa eflexão: em sítios, não é incomum nos fogões a lenha te-se uma tubulação que aquece água, a qual é conduzida paa os chuveios e toneias sem o uso de bombas. Explique o po quê. (figua extaída de Ciência Ilustada da Abil Cultual, v. 3, p. 779, 973, mateial cedido po Julio Césa Justo, aluno da tuma 5C de FII de 003) UPM/EE/DEM/F-II-5C/Pofa. Da. Míiam vzská de Gouvêa/004-S 74

2 fato de incustação Poblema: Em uma efinaia existem inúmeos tocadoes de calo do tipo casco e tubo (como o mostado na figua a segui) em que um dos fluidos que sofe toca témica é um óleo. O que você acha que ocoe com o coeficiente de tansfeência de calo ao longo do tempo? Justifique. Ao longo da opeação nomal de tocadoes de calo, com feqüência as supefícies estão sujeitas à deposição de impuezas dos fluidos, à fomação de feugem, ou a outas eações ente o fluido e o mateial que compõe a paede. A conseqüente fomação de uma película ou de incustações sobe a supefície pode aumenta significativamente a esistência à tansfeência de calo ente os fluidos. Esse efeito é levado em conta atavés da intodução de uma esistência témica adicional, conhecida po fato de incustação. Seu valo depende da tempeatua de opeação, da velocidade do fluido e do tempo de seviço do tocado de calo. (Incopea & De Witt, p a edição/455-5 a edição). abela: Fatoes de incustação epesentativos Fluido R (m K/W) água do ma e água de alimentação de caldeia tatada (abaixo de 50 o C) água do ma e água de alimentação de caldeia tatada (acima de 50 o C) água de io (acima de 50 o C) óleo combustível líquidos efigeantes vapo d'água (isento de óleo) Obsevação: obseve a unidade das esistências acima! Ou seja, não se está incluindo a áea, i.e., a esistência de incustação é obtida dos valoes tabelados como R= Rtc, A. Os valoes são tabelados desta foma pois devem independe do apaato expeimental em que foam obtidos. Muitas aplicações de toca témica coespondem à tansfeência de calo ente dois fluidos atavés de uma paede sólida. É o caso de tocadoes de calo, toes de UPM/EE/DEM/F-II-5C/Pofa. Da. Míiam vzská de Gouvêa/004-S 75

3 esfiamento ou eatoes químicos. A modelagem da taxa de tansfeência de calo é feita pela caacteização do coeficiente global de toca témica (incluindo as esistências de convecção, condução e de incustação em séie). A tabela a segui apesenta valoes típicos paa o coeficiente global de toca témica. abela: Valoes Repesentativos do coeficiente global de tansfeência de calo atavés de paede em contato com fluidos distintos (p. 455 da 5 a edição de Incopea & De Witt) combinação de fluidos U (W/m K) água água água óleo condensado de vapo d'água (água no inteio dos tubos) Condensado de amônia (água no inteio dos tubos) Condensado de álcool (água no inteio dos tubos) tocado de calo com tubos aletados (água no inteio dos tubos, a em 5-50 escoamento cuzado) Leitua ecomendada: Incopea & De Witt: p. 6-64, p. 70-7, p (5ª edição) p.4-44, p , p (4 edição) Bodkey& Heshey: p Keith: p. 0 a 9, p. 3 a 34 Baga: p (cilindos coaxiais, coeficiente global) Exemplos ecomendados paa leitua: Incopea & De Witt: exemplo 3.5 p. 74 (5ª edição); p. 5 (4ª edição) Bodkey& Heshey: exemplos. p. 497;. p. 50;.3 p. 50 Keith: exemplos.3 p. 7;.5 p. ;.8 p. 8;.0 p. 33 exemplo.3 (vaiação de no fio de cobe) p. 43 Baga: execícios esolvidos n (p.89); n (p.90); n 3 (p.93); n 4 pojeto de um aquecedo elético (p.94). execícios esolvidos n (p.07); n (p.08). Execícios esolvidos: 3.3 (Incopea 5 edição) O vido taseio de um automóvel é desembaçado pela fixação de um elemento de aquecimento em foma de uma película tanspaente à sua supefície intena. Paa uma janela de vido de 4 mm de espessua, detemine a potência necessáia, po unidade de áea da janela, paa mante a tempeatua da supefície intena a 5 C, quando a tempeatua do a no inteio do automóvel é igual a 5 C e o coeficiente de película é de 0 W/m.K, enquanto a tempeatua do a no exteio do automóvel é igual a -0 C e o coeficiente de película é de 65 W/m.K hipóteses: egime pemanente; tansfeência de calo unidimensional; fluxo de calo unifome fonecido pelo aquecedo de película (q ); despeza esistência témica de contato da película. UPM/EE/DEM/F-II-5C/Pofa. Da. Míiam vzská de Gouvêa/004-S 76

4 do apêndice A (Incopea): vido condutividade témica k=,4 W/m.K (a =300K) cicuito témico: epesentado acima du balanço de enegia: = q E g dt na supefície intena do vido: q E = q mas E g =q conv,int na supefície extena do vido: q cond = q g conv, ext assim: q conv,int q = q cond q = q cond q conv,int cond q = L k sup,i vido h,0 0,i h q = = 70W / i sup,i m q = 5 ( 0) 0,004, (Incopea 5 edição) Vapo escoando em um tubo longo com paedes finas, de aio =50 mm, mantém a sua paede a uma tempeatua unifome de 500K. O tubo é cobeto po uma manta de isolamento témico composta po dois mateiais difeentes A e B (condutividades témicas k A =W/m.K e k B =0,5W/m.K.), de 50 mm de espessua. A supefície extena está exposta ao a, com tempeatua a 5 Ce coeficiente de película é de 5 W/m.K. a) esboce o cicuito témico paa o sistema. Identifique todos os nós e as esistências témicas. b) Qual é a peda de calo total do tubo? Quais são as tempeatuas nas supefícies extena s,(a) e s,(b)? UPM/EE/DEM/F-II-5C/Pofa. Da. Míiam vzská de Gouvêa/004-S 77

5 hipóteses: egime pemanente; tansfeência de calo unidimensional condução adial; despeza esistência témica de contato; tempeatua unifome na paede intena. cicuito témico: obs: como há dois mateiais envolvendo a paede cilíndica, a áea de toca témica é eduzida pela metade. Com isso, cada esistência seá dobada (checa!). q = s, A ) h( π L) s, B ) h( π L) q = 00 ) ) π. 5( π0,) π.0,5 5( π0,) q = = = 040W / 0,03 0,73 0,885 0,73 e as tempeatuas: m s, s,a 500 s, A q = = 84 = 84 ) 0,03 A s,a =407K s, s,b 500 s,b q = = 98 = 98 ) 0,885 s,b =35K B (veifica a elação ente os valoes das taxas de calo de A e B e as condutividades témicas dos mateiais A e B. Idem paa as tempeatuas!) UPM/EE/DEM/F-II-5C/Pofa. Da. Míiam vzská de Gouvêa/004-S 78

6 Execícios básicos ecomendados: (da lista de execícios) Paede plana: 3.4; 3.7; 3.5 Paede cilíndica: 3.4; 3.46 Paede esféica: 3.57; 3.64 Execício 3.6 (idéia: checa se a tempeatua intena da esfea de chumbo ultapassaá a tempeatua de fusão do chumbo, fusão =60K. (esp: intena = 405K)) UPM/EE/DEM/F-II-5C/Pofa. Da. Míiam vzská de Gouvêa/004-S 79