TA 733 A – Operações Unitárias II Aula 11 Exercícios Efeitos Espaciais Sólido Semi-Infinito

Exercício 1 (5.53) Uma longa barra de plástico de 30mm de diâmetro (k=0,3W/m.K e ρcp=1040 kJ/m3.K) é uniformemente aquecida em um forno como preparação de uma operação de prensagem. Para melhores resultados a temperatura na barra não deve ser menor que 200°C. Para qual temperatura uniforme a barra deve ser aquecida no forno, se, no pior caso, a barra permanece sobre um transportador por 3 minutos enquanto exposta a um resfriamento por convecção com o ar ambiente a 25°C e com um coeficiente de convecção de 8 W/m2K.?

Exercício 1 (5.53) Como Bi>0,1 não podemos usar o método da capacitância concentrada Vamos utilizar as soluções aproximadas para um cilindro infinito. Vamos trabalhar com uma equação desse tipo

Exercício 1 (5.53) Tabela 5.1 Na superfície r0*=1 Tabela B.4

Exercício 1 (5.53) Neste tempo de 3 minutos a diferença de temperatuta entre o centro e a superfície da barra é:

Exercício 2 (5.61) Esferas de rolamento de axo inoxidável (AISI 304) uniformemente aquecidas até 850°C são temperadas pelo resfriamento em um banho de óleo mantido a 40°C. O diâmetro da esfera é de 20mm e o coeficiente de convecção associado com o banho de óleo é de 1000 W/m2K. a) Se o resfriamento ocorre até 100°C, quanto tempo a esfera deverá ser mantida no banho? Qual será a temperatura no centro ao término do período de resfriamento? b)Se 10000 esferas são resfriadas por hora, qual a taxa em que a energia deve ser removida pelo sistema de resfriamento do banho de óleo a fim de que a sua temperatura seja de 40°C?

Exercício 2 (5.61) Tabela A.1: AISI 304 t=500°C k=22,2 W/m.K α=4,85x10-6 m2/s ρ=7900 kg/m3 cp=579 J/kg.K Bi é pouco maior que 0,1; assim o método da capacitância concentrada até poderia ser utilizado para uma primeira aproximação, entretanto, um resultado mais preciso pode ser encontrado considerando os efeitos espaciais.

Exercício 2 (5.61) ESFERA

Exercício 2 (5.61) ESFERA

Exercício 2 (5.61)

Exercício 2 (5.61) k=22,2 W/m.K Ver gráfico adiante

Exercício 2 (5.61)

Exercício 2 (5.61) α=4,85x10-6 m2/s Ver gráfico adiante

Exercício 2 (5.61)

Exercício 2 (5.61) Utilizando o método da capacitância concentrada e considerando a temperatura da esfera uniforme igual a 100°C.

Exercício 2 (5.61) b)Se 10000 esferas são resfriadas por hora, qual a taxa em que a energia deve ser removida pelo sistema de resfriamento do banho de óleo a fim de que a sua temperatura seja de 40°C? Ver gráfico adiante

Exercício 2 (5.61)

Exercício 3 (5.78) Um procedimento para determinação experimental da condutividade térmica de um material sólido envolve a fixação de um termopar em uma placa fina do sólido e a medição da resposta para uma mudança prescrita na temperatura de uma de suas superfícies. Considere um arranjo para o qual o termopar é fixado a 10mm da superfície que é subtamente conduzida à temperatura de 100°C pela exposição à água em ebulição. Se a temperatura inicial da placa era 30°C e o termopar mede uma temperatura de 65°C, dois minutos após a superfície ser conduzida a 100°C, qual é sua condutividade térmica?

Exercício 3 (5.78) Exemplo típico de um sólido semi-infinito, pois o sólido é caracterizado por apenas uma superfície identificável. Qual condição de contorno utilizar?

Exercício 3 (5.78) SOLUÇÕES ANALÍTICAS:

Exercício 3 (5.78) Tabela B.2

Exercício 3 (5.78)