1.

(Adaptada) Propõe-se para o resfriamento do ar de um cilindro de câmara de combustão a colocação de um conjunto de aletas anulares ( k a = 240   W . m - 1 . K - 1 ) na parede do cilindro ( k p =   50   W . m - 1 . K - 1 ).

O ar está a 320   K e o coeficiente de convecção correspondente é 100   W . m - 2 . K - 1 . Mesmo o aquecimento da superfície interna sendo periódico, é razoável considerar condições de regime estacionário com um fluxo de calor médio de q i ' '   = 10 5   W . m - 2 .

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

Resolução
2.

São colocadas 100 aletas em formato de disco igualmente espaçadas de 0,2   c m em uma tubulação de 30   c m de comprimento total. As aletas e a tubulação são de aço inoxidável 304.

Os discos possuem uma espessura de 1   m m cada. A tubulação tem um diâmetro externo de 10   c m e as aletas possuem 10   c m de tamanho (diâmetro do disco da aleta é de 30   c m ).

a Admitindo que a temperatura da base (tubulação) seja de 400   K , qual é a quantidade de calor perdida para o ambiente considerando que o fluido ambiente está a 300   K e existe um coeficiente de película de 1000   W / m 2 . K .

b Foi uma boa ideia colocar esse conjunto de aletas?

Assuma as propriedades termofísicas do aço inoxidável 304 constantes e iguais ao valor destas a 300   K ( k = 14,9   W / m K ) .

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

Resolução
3.

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 75 o C . Para maximizar a dissipação de calor, propõe-se utilizar uma matrix 4 x 4 de aletas de cobre ( k = 400   W . m - 1 . K - 1 ) em forma de pino que podem ser fixadas através de processos metalúrgicos a superfície externa de um chip quadrado de 12,7   m m de lado.

Condições: k b = 1   W . m - 1 . K - 1 , h e = 1000   W . m - 2 . K - 1 , T ∞ , e = 20   O C , h i = 40   W . m - 2 . K - 1 , T ∞ , i = 20   O C e L b = 5   m m .

a 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.

b 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 q c para T c = 75 C ? O diâmetro e o comprimento do pino são respectivamente D p = 1,5   m m e L p = 15   m m .

Resolução
4.

O motor cilíndrico de uma moto é constituído por alumínio 2024 - T 6 ( k = 186   W . m - 1 . K - 1 ) e tem uma altura de H = 0,15   m com diâmetro de D = 50   m m . Sob condições normais de operação, a superfície externa do cilindro encontra-se a uma temperatura de 500   K e é exposta ao ar ambiente, cuja temperatura vale 300   K e cujo coeficiente de convecção é 50   W . m - 2 . K - 1 . 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 t = 6   m m , comprimento de L = 20   m m e que estão igualmente espaçadas. Qual o aumento percentual na perda de calor ao utilizarmos as aletas?

Resolução
5.

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 L e espessura t , com condições de convecção correspondentes a h e T ∞ .

a Obtenha expressões para as taxas de transferência de calor da aleta ( q a , 0 e q a , L ) em função das temperaturas da base ( T 0   e T L ).

b Em uma aplicação específica, um canal com 200   m m de largura e 100   m m de profundidade contém 50 aletas, casa uma com comprimento L =   12   m m . O canal é feito em alumínio ( k = 240   W . m - 1 . K - 1 ) com 1,0   m m 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 T 0 =   400 K e T L = 350   K , quais são as potências dissipadas correspondentes de h   =   100   W . m - 2 . K - 1   e T ∞ = 300   K ?

Resolução
6.

Um aquecedor de ar consiste em um tubo de aço ( k = 20   W . m - 1 . K - 1 ) com raios interno e externo r 1 = 13   m m e r 2 =   16   m m respectivamente e oito aletas longitudinais integrais, cada uma com espessura t =   3   m m . As aletas se estendem até um tubo concêntrico de raio r 3 = 40   m m , o qual tem sua face externa isolada. Água à temperatura T ∞ , i = 90 o C escoa através do tubo interno enquanto o ar à temperatura de T ∞ , e =   25 o C escoa através da região anular formada pelo tubo concêntrico maior.

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

b Se h i =   5000   W . m - 2 . K - 1 e h e =   200   W . m - 2 . K - 1 , qual é a taxa de calor por unidade de comprimento?

Resolução

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