A
TIVIDADES
P
RÁTICAS
S
UPERVISIONADAS
Engenharia de Controle e Automação
Fenômenos de Transporte I
ATPS
Exercícios resolvidos
DESAFIO II
Jonatan Wemerson Andre
Julio Cesar Moreira
Alexandre de Barros
Célio Cristiano Paiva
R.A 0916396263
R.A 0901394271
R.A 0901347760
DESAFIO II
Temperatura chega a -41°C na Noruega
“O termômetro desceu aos 22 graus negativos no norte do país, mais concretamente, na Escócia. As baixas temperaturas sentidas na Escócia obrigaram o corte do fornecimento de gás a algumas empresas para racionar o combustível. O mau tempo também chegou à França, onde as autoridades colocaram 31 departamentos em alerta laranja, devido à neve e ao gelo. Na Espanha, o Norte e Leste do país emitiram avisos por causa da neve e da chuva. Na Alemanha, prevêem-se tempestades de neve para o fim-de-semana e, na Noruega, habituada aos Invernos rigorosos, foi registrada a temperatura mais baixa dos últimos 22 anos: 41ºC negativos. Noutros países, a ausência de neve não impede a existência de temperaturas consideradas glaciares, como é o caso da Polônia, onde 120 sem-abrigo morreram na última semana devido ao frio.”
Texto adaptado - http://wwwdeolhonotempo.blogspot.com
O objetivo do desafio será distinguir e identificar os vários mecanismos de transferência de calor predominante no sistema estudado além de identificar e aplicar de modo adequado as equações de transferência de calor.
A madeira é um ótimo material de construção quanto aos aspectos de conforto, plasticidade no projeto, rapidez d montagem e durabilidade. Atualmente as construções residenciais em madeira representam 10% das construções na França, 20% na Alemanha e 60% na Finlândia.
Maria Alice Amado Gouveia Venturini
Engenharia de Controle e Automação / Mecatrônica - Fenômenos de Transporte I
José, filho do Sr. João percebeu que o ambiente ficou mais agradável e perguntou para o pai se
ele saberia explicar os processos de transferência de calor que estavam ocorrendo durante o tempo que a lareira estava acesa. Quais os processos que o Sr. João explicou?
José também notou que quando foi abrir a porta para entrar na cozinha a maçaneta metal estava muito fria quando comparada com a estrutura da porta de
madeira. Qual foi a explicação que o Sr.
ETAPA № 1
Aula-tema: Calor: definição, formas de calor e formas de transferências
Sr João e a família receberam de presente passagens áreas para Frankfurt, Alemanha. A família se hospedou em uma casa de madeira localizada em uma linda região de montanha. Quando chegaram a Frankfurt, no final do outono e início do inverno, a temperatura local estava em torno de 6°C. Como a casa dispunha de uma lareira, e como a temperatura interna da casa registrada no termômetro era de 12 ºC, seu João teve a idéia de acender a lareira da sala a fim de aumentar o conforto do ambiente.
Engenharia de Controle e Automação / Mecatrônica - Fenômenos de Transporte I
ETAPA № 2
Aula-tema: Lei de Fourier para escoamento unidirecional e regime permanente
Anoiteceu e cansados da viagem a família foi dormir. João pegou um cobertor que possui uma área de 1 m2 e 3,0 cm de espessura. Sabendo que a temperatura ambiente do dormitório é de
8°C e que a temperatura do João depois de envolvido no cobertor permaneceu 35,5°C, deseja-se saber a quantidade de calor perdido por João através do cobertor, durante um intervalo de 1 hora e, qual papel o cobertor desempenha. Considere o coeficiente de condutividade de 8.10-5
cal/s.cm °C.
Engenharia de Controle e Automação / Mecatrônica - Fenômenos de Transporte I
ETAPA № 3
Aula-tema: Lei de Fourier para escoamento unidirecional e regime permanente
Muito observador José percebeu que embora os dormitórios tivessem as mesmas dimensões apresentavam sensação térmica diferentes. A temperatura no dormitório dele era de 8°C, enquanto a de seus pais era 10°C. Então, começou a observar melhor e descobriu que a janela de seu dormitório tinha um único vidro de 8 mm de espessura e a janela do dormitório de seus pais era composta de vidro duplo de 8 mm separados por uma camada de ar de 10 mm. Pede-se que calcule a taxa de perda de calor que ocorre através do vidro do quarto de José sabendo que a janela é quadrada e tem 1,5 m e que a temperatura externa estava – 2°C. Considere a condutividade térmica do vidro de kv = 1,4 W/(m.K).
Como o Sr. João poderia explicar a redução da perda de calor através da janela? Considere a condutividade térmica do ar de kar = 0,024 W/(m.K).
q(x) = 3937,5 W
q(x) = 63,07 W
*** A diferença na taxa de transferencia de calor da janela de José ( 3937,5 W )
ETAPA № 4
Aula-tema: Efeito combinado condução-convecção em superfícies planas
Sr. João comentou que em países onde há risco de nevascas e terremotos a grande maioria das residências é construída por um método que utiliza painéis de madeira tanto nas paredes externas quando nas internas.
E completou dizendo: “as paredes da casa em que estamos hospedados é composta por três camadas, a interna de madeira de Pinho de espessura igual a 3,0 cm e kmad = 0,12 W/m°K,
3,0 cm de placa de poliuretano e kesp = 0,020
W/m°K e uma outra camada de madeira de Pinho de 5 cm de espessura. A temperatura ambiente é de 20°C e a externa de -2°C. Nesta condição qual será a quantidade perdida de calor através da superfície, adotando como base a área de 1 m2. Pede-se que elabore o diagrama
esquemático em corte do painel da residência.
q(x) = 2,694 W
Ti 20 ºC
Te -2 ºC
L = 3 cm K = 0,020 W / m.k Pinho L = 5 cm K = 0,012 W/m.k Pinho L = 3 cm K = 0,012 W/m.k (externo) (interno)Diagrama
PoliuretanoFenômenos de Transporte I Engenharia de Controle e Automação / Mecatrônica -
ETAPA № 4
Aula-tema: Efeito combinado condução-convecção em superfícies planas
Sr. João comentou que atualmente os construtores estão adotando técnicas construtivas pensando em soluções sustentáveis, com o intuito de reduzir o tempo de funcionamento de sistema de aquecimento e ou resfriamento, uma vez que oferecem um
excelente isolamento tanto no frio como no calor. São painéis compostos por três camadas, placas de OSB de 3,0 cm, lã de vidro, e placa de OSB de 3,0 cm de espessura. E para terminar a explicação Sr. João perguntou: Se fosse construída uma residência igual a que estamos hospedados, sujeita as mesmas temperaturas, pelo método construtivo, qual seria a espessura da lã de vidro para manter a mesma quantidade de calor perdido? Considere a condutividade térmica da placa de OSB, kOSB = 0,094 W/m°K e da placa de lã de vidro, klã = 0,035 W/m°K.
Elabore o diagrama esquemático em corte do painel da residência.
L = 23,09 cm K = 0,035 W / m.k OSB L = 3 cm K = 0,094 W/m.k OSB L = 3 cm K = 0,094 W/m.k (externo) (interno)
