Exercícios de Conjunto de Aletas - Lista de Exercícios Resolvida

(Adaptada) Propõe-se para o resfriamento do ar de um cilindro de câmara de combustão a colocação de um conjunto de aletas anulares () na parede do cilindro ().

O ar está a e o coeficiente de convecção correspondente é . Mesmo o aquecimento da superfície interna sendo periódico, é razoável considerar condições de regime estacionário com um fluxo de calor médio de .

Considerando desprezível a residência de contato entre a parede e a aleta, determine a temperatura interna da parede ().

São colocadas 100 aletas em formato de disco igualmente espaçadas de em uma tubulação de de comprimento total. As aletas e a tubulação são de aço inoxidável 304.

Os discos possuem uma espessura de cada. A tubulação tem um diâmetro externo de e as aletas possuem de tamanho (diâmetro do disco da aleta é de ).

Admitindo que a temperatura da base (tubulação) seja de , qual é a quantidade de calor perdida para o ambiente considerando que o fluido ambiente está a e existe um coeficiente de película de .

Foi uma boa ideia colocar esse conjunto de aletas?

Assuma as propriedades termofísicas do aço inoxidável 304 constantes e iguais ao valor destas a .

Não é necessário desenvolver as soluções analíticas para esse problema. Utilize as informações previamente desenvolvidas e conhecidas.

Como mais e mais componentes são colocados em um circuito integrado individual (chip), a quantidade de calor que é disputado tende a aumentar. Por outro lado, esse aumento está limitado pela temperatura máxima permitida de operação do chip, que é aproximadamente . Para maximizar a dissipação de calor, propõe-se utilizar uma matrix de aletas de cobre () em forma de pino que podem ser fixadas através de processos metalúrgicos a superfície externa de um chip quadrado de de lado.

Condições: , , , e .

Esboce o circuito térmico equivalente para a montagem pino-placa, considerando condições de estado estacionário unidimensional e resistência de contato desprezível entro os pinos e o chip. Na forma de variáveis, enumere as resistências apropriadas, temperaturas e taxas de calor.

Para as condições prescritas anteriormente, qual é a máxima taxa na qual o calor pode ser dissipado no chip quando os pinos estão no lugar? Isto é, qual é o valor de para ? O diâmetro e o comprimento do pino são respectivamente e .

O motor cilíndrico de uma moto é constituído por alumínio () e tem uma altura de com diâmetro de . Sob condições normais de operação, a superfície externa do cilindro encontra-se a uma temperatura de e é exposta ao ar ambiente, cuja temperatura vale e cujo coeficiente de convecção é . Aletas anulares são integradas ao corpo cilíndrico do motor para aumentar a transferência de calor para a vizinhança.

Considere cinco aletas anulares com espessura de , comprimento de e que estão igualmente espaçadas. Qual o aumento percentual na perda de calor ao utilizarmos as aletas?

Passagens alteradas são formadas frequentemente entre placas paralelas para elevar a transferência de calor por convecção em matrizes compostas de trocadores de calor. Uma aplicação importante encontra-se em resfriamento de equipamentos eletrônicos, em que um ou mais canais de ar resfriado são colocados entre componentes elétricos que dissipam calor. Considere um canal simples de aletas retangulares de comprimento e espessura , com condições de convecção correspondentes a e .

Obtenha expressões para as taxas de transferência de calor da aleta ( e ) em função das temperaturas da base (e ).

Em uma aplicação específica, um canal com de largura e de profundidade contém aletas, casa uma com comprimento . O canal é feito em alumínio () com de espessura ao longo de sua extensão. Se as limitações de temperaturas associadas com os componentes elétricos fixados no lado oposto da placa estabelecem a máxima temperatura permitida na placa e , quais são as potências dissipadas correspondentes de e ?

Um aquecedor de ar consiste em um tubo de aço () com raios interno e externo e respectivamente e oito aletas longitudinais integrais, cada uma com espessura . As aletas se estendem até um tubo concêntrico de raio , o qual tem sua face externa isolada. Água à temperatura escoa através do tubo interno enquanto o ar à temperatura de escoa através da região anular formada pelo tubo concêntrico maior.

Esboce o circuito térmico equivalente do aquecedor e relacione cada resistência com os parâmetros apropriados do sistema.

Se e , qual é a taxa de calor por unidade de comprimento?