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.
Em um experimento, um cilindro homogêneo com 5 cm de diâmetro 10 cm de comprimento é isolado axialmente de modo que calor só pode ser trocado através de suas faces circulares. A condutividade térmica do material que compõe o cilindro é de
. Determine a diferença de temperatura entre as superfícies de modo a conduzir 1 W através da barra.
Para cada afirmativa a seguir determine se é verdadeira ou falsa.
q) A transferência de calor por radiação é afetada pela cor do objeto.
q) A transferência de calor por radiação é afetada pela cor do objeto.
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.
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.