mestre

1ª. Um tubo de aço de 10" de diâmetro interno e 0,375" de espessura, transporta vapor a 500oF. O tubo é coberto por 2" de isolação para reduzir as perdas de calor para a atmosfera ambiente a 80 oF. Sabe-se que os coeficientes de película para a superfície interna do tubo e para superfície externa da isolação são respectivamente 2500 Btu/h.ft.oF e 1,6 Btu/h.ft.oF. Para proteção de pessoal a temperatura da superfície externa não deve exceder 140 oF. Calcular :
a) O fluxo de calor por unidade de comprimento;
b) Se a condutividade térmica do aço é 26 Btu/h.ft.oF e a da isolação 0,045 Btu/h.ft.oF, irá as duas polegadas de espessura satisfazer as exigências.
2ª. Um reservatório esférico de aço ( k=40 kcal/h.m.oC ) com 1 m de diâmetro interno e 10 cm de espessura, é utilizado para armazenagem de um produto a alta pressão, que deve ser mantido a 160 oC. Para isto o reservatório deve ser isolado termicamente, com um material isolante ( k=0,3 kcal/h.m.oC ). Sabendo-se que os coeficiente de película do produto e do ar são 80 kcal/h.m.oC e 20 kcal/h.m.oC, respectivamente, e que a temperatura do ar ambiente é 20 oC, pede-se :
a) o fluxo de calor antes do isolamento;
b) espessura de isolante necessária, para que o fluxo de calor através do conjunto seja igual a 30 % do anterior;
c) as temperaturas , na interface aço-isolante e na superfície externa do isolante.

3ª. Durante o Inverno, a superfície de um rio forma uma camada de gelo de espessura desconhecida. A temperatura da água no lago encontra-se a 4º C e a temperatura do ar ambiente é -30 ºC. A temperatura na interface entre a água e o gelo é 0ºC. A condutibilidade térmica do gelo é 2,25 W/m K. Os coeficientes de convecção do lado do ar e do lado da água são 100 W/m2K e 500 W/m2K, respectivamente. Calcule a temperatura na superfície do gelo em contacto com o ar e a espessura da camada de gelo.