Exercícios de Desempenho de Aletas - Lista de Exercícios Resolvida

Suponha que você tenha uma escolha entre uma aleta retangular e uma aleta de perfil triangular construída de alumínio puro (propriedades à ), ambos com uma espessura na base de . A profundidade da aleta é de .

O coeficiente convectivo é de e a temperatura do meio é de enquanto a base da aleta está a .

A aleta retangular possui de altura e a aleta de perfil triangular possui de altura. Qual dessas terá a melhor relação (mais favorável em termos térmicos) de taxa de transferência de calor por peso de material para compor a aleta?

(Adaptada) Uma aleta plana fabricada com a liga de alumínio 2024 tem uma espessura na base de e um comprimento de .

Sua temperatura na base é de e ela está exposta a um fluido para o qual e .

Para as condições anteriores e uma aleta de largura , compare a taxa de transferência de calor na aleta e a eficiência para os perfis retangular e parabólico.

Dois tubos de vapor de ferro fundido de de comprimento e de espessura com um diâmetro exterior de estão ligados um ao outro através de dois flanges de de espessura com um diâmetro exterior de .

O vapor flui dentro do tubo a uma temperatura média de com um coeficiente de transferência de calor de . A superfície externa do tubo é exposta a um ambiente a , com um coeficiente de transferência de calor de .

Desconsiderando os flanges, determine a temperatura média da superfície externa do tubo.

Usando esta temperatura para a base do flange e tratando os flanges como as aletas, determine a eficiência da aleta e a taxa de transferência de calor dos flanges.

Qual comprimento de tubo é a seção de flange equivalente a para fins de transferência de calor?

Uma barra de diâmetro e condutividade térmica se projeta na direção normal, a partir de uma parede de uma fornalha que está a uma temperatura e é coberta com um isolamento de espessura . A barra é soldada à parede da fornalha e é utilizada como um gancho para suporte de cabos de instrumentação. Para evitar danos aos cabos, a temperatura da barra em sua superfície exposta () deve ser mantida abaixo do limite de operação especificado de . A temperatura do ar ambiente é é o coeficiente de convecção,.

Calcule a temperatura da superfície exposta em função dos parâmetros térmicos e geométricos dados. A barra possui um comprimento exposto de e sua extremidade é bem isolada. Verifique se a temperatura ultrapassa o limite.

(Adaptada) Uma superfície quente a deve ser resfriada fixando-se aletas de alumínio de de comprimento e de diâmetro. A temperatura ambiente é de e o coeficiente de transferência de calor nas superfícies é de .

Determine a taxa de transferência de calor da superfície de cada aleta. Também determine a eficácia de cada aleta.

A distribuição de temperaturas numa aleta muito longa de seção retangular (altura igual a , largura igual a e comprimento igual a ), em contato com o ambiente é dada por:

Determine a eficiência desta aleta, considerando que a condutividade térmica é igual a .

(Adaptado) Qual a taxa de calor trocada por um aleta de pino de perfil retangular assumindo que essa seja feita de cobre (propriedades constantes dada pelos valores a ) seja de de altura, de diâmetro de base, que a temperatura da base seja de e que o coeficiente de película do ambiente seja e a temperatura do ambiente seja .

Tubos de aço utilizados no transporte de água pressurizada são unidos por flanges de espessura . Os diâmetros interno e externo dos tubos são e , respectivamente, e o diâmetro externo dos flanges é .

Em condições normais de operação, a superfície interna do tubo encontra-se a uma temperatura de , enquanto o ar ambiente está a . Se o coeficiente de convecção nas superfícies dos flanges é , qual a perda de calor através dos flanges? Considere a condutividade térmica do tubo e do flange iguais a.

Aletas de alumínio () de perfil triangular são fixadas em uma parede cuja temperatura de superfície é . A base da aleta possui de espessura e seu comprimento é de . O sistema está no ar ambiente a temperatura de é o coeficiente de convecção de superfície é .

Quais são a eficiência e a efetividade da aleta?

Qual o calor dissipado por unidade de largura para uma única aleta?

Dois tubos de ferro fundido são unidos por flanges de ferro fundido, conforme mostrado abaixo.

O diâmetro interno do tubo é e seu diâmetro externo é de . O diâmetro externo da união flangeada é , com espessura de . Dentro do tubo escoa vapor a , com coeficiente de transferência de calor de .

O tubo e a união flangeada perdem calor para o ar a com coeficiente de transferência de calor de . No regime permanente e considerando-se perfeito contato entre os flanges:

Calcule a temperatura da superfície externa do tubo, sem a união flangeada;

Com o valor da temperatura externa do tubo calculado no item anterior, calcule a taxa de calor perdida para o ar pela união flangeada.

Calcule o comprimento de tubo necessário para transferir a mesma taxa dissipada através da união flangeada.

(Adaptada) A intensidade na qual a condição na extremidade afeta o desempenho térmico de uma aleta depende da geometria da aleta e de sua condutividade térmica, assim como do coeficiente convectivo.

Considere uma aleta retangular de uma liga de alumínio , com comprimento , espessura e largura .

A temperatura da base da aleta é e ela está exposta a uma fluido com temperatura .

Supondo um coeficiente convectivo uniforme sobre toda a superfície da aleta, determine a taxa de transferência de calor na aleta por unidade de largura , a eficiência , a efetividade , a resistência térmica por unidade de largura e a temperatura da extremidade para os Casos , da tabela abaixo.

Contraste os resultados com aqueles para aproximação de aleta infinita.