PME2398 – Termodinâmica e suas Aplicações 1o semestre / 2013 – Profs. Adherbal Caminada e Bruno Carmo

Lista de Exercícios 09

1- Rejeitos radioativos são estocados em recipientes cilíndricos

longos e com paredes finas. Os rejeitos geram energia térmica de forma não-uniforme, de acordo com a relaç ão q = q0 1− (r / r0)

2"#

$% , onde q é a taxa local de geração de

energia por unidade de volume, q0 é uma constante e r0 é o raio do recipiente. Condições de regime estacionário são mantidas pela submersão do recipiente em um líquido que está a T

∞ e fornece um coeficiente de transferência de calor

por convecção uniforme e igual a h. a. Obtenha uma expressão para a taxa total com que a energia é gerada por unidade de

comprimento do recipiente. (2 pontos) b. Use este resultado para obter uma expressão para a temperatura Tsup do recipiente. (2

pontos)

2- Uma superfície cuja temperatura é mantida a 400°C está separada de uma corrente de ar por uma camada de isolante térmico com espessura de 25mm e condutividade térmica de 0,1W/(m⋅K). Se a temperatura do ar é de 35°C e o coeficiente de transferência por convecção entre o ar e a superfície externa do isolante é igual a 500W/(m2⋅K), qual a temperatura da superfície externa do isolamento? (2 pontos)

3- Após a modelagem a quente e a vácuo de uma mistura de papel e celulose, o produto, uma embalagem para ovos, é transportado em uma esteira por 18s em direção à entrada de um forno a gás, onde é secado até a umidade final desejada. Para aumentar a produtividade da linha de produção, foi proposta a instalação de uma bateria de aquecedores por radiação infravermelha sobre a esteira transportadora que forneceria um fluxo radiante uniforme de 5000W/m2. A embalagem possui uma área exposta de 0,0625m2 e uma massa de 0,220kg, 75% compostos por água ao final da etapa de modelagem. O engenheiro chefe da fábrica só aprovará a compra dos aquecedores se a umidade da embalagem for reduzida de 75% para 65%. Você recomendaria a compra dos aquecedores? Considere o calor de vaporização da água igual a hlv = 2400kJ/kg. (2 pontos)

4- Um material radioativo com condutividade térmica k é moldado como uma esfera sólida de raio

r0 e colocado em um banho de líquido, no qual a temperatura T∞

e o coeficiente convectivo são conhecidos. Calor é gerado no interior do sólido a uma taxa volumétrica q uniforme. Obtenha a distribuição de temperaturas radial no sólido, no regime estacionário, expressando o seu resultado em termos de r0, q , k, h e T

∞. (2 pontos)