Mecanica dos solidos

Exercícios e Resoluções - Fenômenos de Transporte I
1. Uma parede de um forno é constituída de duas camadas: 0,20 m de tijolo refratário (k = 1,2 kcal/h.m.oC) e o 0,13 m de tijolo isolante (k = 0,15 kcal/h.m.oC). A temperatura da superfície interna do refratário é 1675 C e a temperatura da superfície externa do isolante é 145 oC. Desprezando a resistência térmica das juntas de argamassa, calcule: 2 2 a) o calor perdido por unidade de tempo e por m de parede; q = 1480,60 Kcal/h (p/m ) o b) a temperatura da interface refratário/isolante. T2 = 1428,2 C Resolução:

parede de refratário : L1 = 0, 20 m k1 = 1, 2 Kcal h. m .o C parede de isolante : L2 = 0,13 m T1 = 1675o C k 2 = 0,15 Kcal h. m .o C T3 = 145o C

a) Considerando uma área unitária da parede ( A=A1=A2=1 m2 ), temos :

& q=

(∆T )total
Rt

=

1675 − 145 T1 − T3 T1 − T3 = = 0,20 0,13 L1 L Rref + Riso + + 2 k1. A k2 . A 1,2 × 1 0,15 × 1

q = 1480,6 Kcal h p m 2

(

)

b) O fluxo de calor também pode ser calculado em cada parede individual. Na parede de refratário, obtemos :

& q=

T1 − T2 T1 − T2 k1. A = = .(T1 − T2 ) L1 Rref L1 k1. A

1480,6 =

1,2 × 1 × (1675 − T2 ) 0,20

T2 = 1428,2 oC
2. Um tanque de aço (k = 40 Kcal/h.m. C), de formato esférico e raio interno de 0,5 m e espessura de 5 mm, é isolado com 1½" de lã de rocha (k = 0,04 Kcal/h.m.oC). A temperatura da face interna do tanque é 220 oC e a o da face externa do isolante é 30 C. Após alguns anos de utilização, a lã de rocha foi substituída por outro isolante, também de 1½" de espessura, tendo sido notado então um aumento de 10% no calor perdido para o ambiente (mantiveram-se as demais condições). Determinar: a) fluxo de calor pelo tanque isolado com lã de rocha; q = 681,41 Kcal/h o b) o coeficiente de condutividade térmica do novo isolante; Kiso = 0,044 Kcal/h.moC c) qual deveria ser a espessura (em polegadas) do novo isolante para que se tenha o mesmo fluxo de calor que era trocado com a lã de rocha. e = 4,22 cm ou 1,66” Resolução:

r1 = 0, 5 m r2 =