Docsity
Docsity

Prepare-se para as provas
Prepare-se para as provas

Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity


Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos para baixar

Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium


Guias e Dicas
Guias e Dicas

Solution incropera 7ed, Exercícios de Calor e Transferência de Massa

Solution incropera sétima edição, apenas as respostas

Tipologia: Exercícios

2020

Compartilhado em 05/10/2020

kayan-2
kayan-2 🇧🇷

1.8

(8)

1 documento

1 / 2

Toggle sidebar

Esta página não é visível na pré-visualização

Não perca as partes importantes!

bg1
719472-1-53 AID: 75 | 13/05/2016
Conhecendo as temperaturas inicial e final de uma chapa de aço inoxidável AISI 304
durante um estágio de processo de têmpera, ao passar através de um forno aquecido
eletricamente. Sabendo que o teto e as quatro paredes do forno estão expostos ao ar
ambiente e a uma grande vizinhança de mesma temperatura, e que no chão do forno
pousa uma placa de concreto. Precisamos estimar a potência elétrica que deve ser
fornecida ao forno.
Com os dados fornecidos no enunciado podemos montar o esquema abaixo:
Chapa de aço inoxidável AISI 304:
300 Temperatura de entrada
1250 Temperatura de saída
8 0,008 Espessura da chapa
2 Largura da chapa
0,01 Velocidade de aquecimento
i
o
c
c
c
T K
T K
t mm m
W m
V m
Forno:
sup
sup
2
2 Altura do forno
25 Largura do forno
2, 4 Comprimento do forno
350 Temperatura das superfícies do forno
0,8 Coeficiente de emissividade
10 Coeficiente de convecção
f
f
f
H m
L m
W m
T K
h W m K
Ar ambiente:
2
300 Temperatura do ar ambiente
10 Coeficiente de convecção do ar
T K
h W m K
Placa de concreto:
350 Temperatura do bloco
0,5 Espessura do bloco
b
b
T K
t m
Precisamos ainda de dados adicionais do aço inoxidável AISI 304 (tabela A.1) e do bloco
de concreto (tabela A.3):
3
300 1250 775 Temperatura média da chapa
2
7900 Densidade do aço
578 Calor específico do aço
1, 4 Condutividade térmica do concreto a 300 K
a
p
c
T K
kg m
c J kg K
k W m K
As seguintes considerações foram feitas para resolução do exercício:
(1) Condições de regime estacionário.
(2) Todas as propriedades são constantes.
(3) Variações nas energias potencial e cinética foram desprezadas.
A taxa de aumento de energia para o forno deve ser balanceada com a taxa de
transferência de energia para a chapa de aço e a taxa de perda de calor do forno.
Considerando o forno com um sistema aberto, podemos utilizar a equação simplificada
da energia térmica para sistemas com escoamento em regime estacionário:
0
Calor transferido pelo forno
Vazão mássica
Potência elétrica fornecida ao forno
ele p i
ele
P q m c T T
q
m
P
&
&
....(1)
Podemos calcular a vazão mássica como o produto da densidade, largura e espessura da
chapa de aço pela velocidade de aquecimento do forno:
pf2

Pré-visualização parcial do texto

Baixe Solution incropera 7ed e outras Exercícios em PDF para Calor e Transferência de Massa, somente na Docsity!

719472-1-53 AID: 75 | 13/05/

Conhecendo as temperaturas inicial e final de uma chapa de aço inoxidável AISI 304

durante um estágio de processo de têmpera, ao passar através de um forno aquecido

eletricamente. Sabendo que o teto e as quatro paredes do forno estão expostos ao ar

ambiente e a uma grande vizinhança de mesma temperatura, e que no chão do forno

pousa uma placa de concreto. Precisamos estimar a potência elétrica que deve ser

fornecida ao forno.

Com os dados fornecidos no enunciado podemos montar o esquema abaixo:

Chapa de aço inoxidável AISI 304:

300 Temperatura de entrada

1250 Temperatura de saída

8 0, 008 Espessura da chapa

2 Largura da chapa

0, 01 Velocidade de aquecimento

i

o

c

c

c

T K

T K

t mm m

W m

V m

Forno:

sup

sup

2

2 Altura do forno

25 Largura do forno

2, 4 Comprimento do forno

350 Temperatura das superfícies do forno

0,8 Coeficiente de emissividade

10 Coeficiente de convecção

f

f

f

H m

L m

W m

T K

h W m K

Ar ambiente:

2

300 Temperatura do ar ambiente

10 Coeficiente de convecção do ar

T K

h W m K

Placa de concreto:

350 Temperatura do bloco

0,5 Espessura do bloco

b

b

T K

t m

Precisamos ainda de dados adicionais do aço inoxidável AISI 304 (tabela A.1) e do bloco

de concreto (tabela A.3):

3

775 Temperatura média da chapa

7900 Densidade do aço

578 Calor específico do aço

1, 4 Condutividade térmica do concreto a 300 K

a

p

c

T K

kg m

c J kg K

k W m K

As seguintes considerações foram feitas para resolução do exercício:

(1) Condições de regime estacionário.

(2) Todas as propriedades são constantes.

(3) Variações nas energias potencial e cinética foram desprezadas.

A taxa de aumento de energia para o forno deve ser balanceada com a taxa de

transferência de energia para a chapa de aço e a taxa de perda de calor do forno.

Considerando o forno com um sistema aberto, podemos utilizar a equação simplificada

da energia térmica para sistemas com escoamento em regime estacionário:

0

Calor transferido pelo forno

Vazão mássica

Potência elétrica fornecida ao forno

ele p i

ele

P q m c T T

q

m

P

Podemos calcular a vazão mássica como o produto da densidade, largura e espessura da

chapa de aço pela velocidade de aquecimento do forno:

c c c

m &   Wt V

O calor transferido pelo forno pode ser calculado como a soma das transferências de calor

por convecção, condução e radiação:

4 4

cond conv rad

c S S viz

q q q q

dT

k h A T T A T T

dx

A transferência de calor por condução entre o forno e o bloco de concreto, pode ser

calculada como:

cond c

s b

c f f

b

dT

q k

dx

T T

k W L

t

A transferência de calor por convecção entre o forno e o ar ambiente, pode ser calculada

como:

  ^ 

conv S

f f f f f f S

q h A T T

h H L H W W L T T

A transferência de calor por radiação entre o forno e o ar ambiente, pode ser calculada

como:

4 4

4 4

2 2

rad S viz

f f f f f f S

q A T T

H L H W W L T T

Substituindo as equações (2), (3), (4) e (5) na equação (1), podemos calculara potência

elétrica transferida para o forno da seguinte forma:

  ^ ^  

0

0

4 4

2 2

ele p i

s b

c c c p i c f f

b

f f f f f f S S

P m c T T q

T T

W t V c T T k W L

t

H L H W W L h T T T T

  

Substituindo os dados conhecidos na equação acima, temos que:

3

2

8 4 4 4

2 4

2

2

ele

kg m J

P m m K

m s kg K

W K

m m

m k m

W

m K

m m m m m m

W

K

m K

W

W m W

m

W

kW

Portanto, a potência elétrica que precisa ser transmitida ao forno é de

840 kW

.

Podemos perceber também que do total de energia transferida para o sistema, 83% é

transferida para o aço, enquanto 10%, 6% e 1% são perdidas por convecção, radiação e

condução, respectivamente.