Uma caixa térmica tem parede composta por uma camada de 32 mm de 80 mm de poliestireno expandido ) e outra camada de 50 mm de PVC . A caixa contem uma mistura de água, gelo, álcool, e sal no seu interior. A temperatura dentro da caixa é de e a temperatura exterior é a ambiente a . O coeficiente convectivo dentro da caixa é , já no exterior é de . Determine a troca de calor por unidade de área.

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma caixa térmica com várias camadas de materiais diferentes e temperaturas internas e externas específicas. Precisamos descobrir quanta energia térmica está sendo transferida por unidade de área dessa caixa. Para isso, vamos usar conceitos de condução e convecção de calor, e calcular as resistências térmicas de cada camada.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as camadas da parede da caixa e suas respectivas resistências térmicas por condução. A resistência térmica por condução é dada por:
onde é a espessura da camada e é a condutividade térmica do material.

Passo 3

Vamos calcular a resistência térmica de cada camada de material:
  • PVC 32 mm (0,032 m) com :
  • Poliestireno expandido 80 mm (0,080 m) com :
  • PVC 50 mm (0,050 m) com :

Passo 4

Além das resistências por condução, temos resistências por convecção na parte interna e externa da caixa. A resistência térmica por convecção é dada por:
onde é o coeficiente convectivo.
  • Interna ( ):
  • Externa ( ):

Passo 5

Agora, somamos todas as resistências térmicas em série:
Substituindo os valores:

Passo 6

Para encontrar a troca de calor por unidade de área ( ), usamos a fórmula:
onde é a diferença de temperatura entre o interior e o exterior.
Calculando :

Passo 7

Agora, substituímos os valores na fórmula de :

Resposta

A troca de calor por unidade de área é aproximadamente .

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Escreva a definição macroscópica de temperatura.
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Para cada afirmativa a seguir determine se é verdadeira ou falsa.
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Espera-se que o engenheiro químico seja capaz de, para um determinado processo, escolher entre as várias possíveis configurações de reatores, a fim de otimizar a produção de um componente. A simulação é uma ferramenta que pode assisti-lo nessa decisão, mas que requer um profundo conhecimento dos fenômenos de transferência de quantidade de movimento, calor e massa que ocorrem nestes equipamentos. A respeito da modelagem e do comportamento de reatores, avalie as seguintes afirmações.
I. Em certas situações, o termo de acúmulo pode ser desprezado no reator tipo batelada.
II. Um conjunto de reatores de mistura perfeita (CSTR) em série pode ser aproximado, para efeitos de modelagem, a um reator tubular ideal.
III. Em um reator tubular com leito empacotado, esperam-se taxas de transferência de calor elevadas na região próxima ao empacotamento.
IV. Em um reator do tipo leito fluidizado, a vazão de minima de fluidização resulta de um balanço entre o empuxo exercido pelo fluido, a força de arraste e a força peso das partículas do leito.
É correto o que se afirma em:
(A) I, apenas.
(B) II, apenas.
© I e IV, apenas.
(D) II, III e IV, apenas.
(E) I, II, III e IV.