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Catégorie :Category: mViewer GX Creator Lua TI-Nspire
Auteur Author: AP8
Type : Classeur 3.6
Page(s) : 8
Taille Size: 879.72 Ko KB
Mis en ligne Uploaded: 22/07/2021 - 21:16:44
Uploadeur Uploader: AP8 (Profil)
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Visibilité Visibility: Archive publique
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Description 

1º Exame/ 1st exam
Transmissão de Calor/Heat Transfer
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica e
Engenharia Aeroespacial
10 de Janeiro de 2019/10 January 2019


Observações/Notes:
1. Resolva os problemas em folhas separadas/ Solve the problems in separate sheets.
2. Duração do exame/Duration of the exam: 3h
3. Tempo aconselhado para a parte prática/Advised time for problems part: 2h
4. A parte prática é com consulta limitada a um livro de texto. Não é permitida a consulta de apontamentos
das aulas teóricas/práticas da disciplina ou problemas resolvidos./In the problems part
students may have access to a book. It is not allowed to have access to
theoretical/practical lecture notes or solved problems.

Parte Prática/Problems part (12 valores / 12 points)

Problema 1/Problem 1 (5 valores / 5 points)
Nos últimos anos, vários estados dos EUA passaram a exigir o uso de janelas de vidro duplo em edifícios
residenciais para reduzir as necessidades de aquecimento/ arrefecimento. Algumas dessas janelas têm um
espaço evacuado entre os dois vidros, enquanto outras aprisionam ar no espaço.
In recent years, several states of USA require the use of double-pane
windows in house buildings to reduce the heating/cooling needs. Some of
these windows have an evacuated space between the two glass panes while
others trap air in the space.




Nota: Considere g = 9,81 ms-2 e as seguintes propriedades constantes:
Vidro: kg = 0,80 W/m.K Ar: ka = 0,025 W/m.K; αa = 1,92×10-5 m2/s; νa = 1,37×10-5 m2/s
Note: Consider g = 9.81 ms-2 and the following constant properties:
Glass: kg = 0.80 W/m.K Air: ka = 0.025 W/m.K; αa = 1,92×10-5 m2/s;
νa = 1,37×10-5 m2/s
a) (1,5 v./1.5 points)
Considere uma janela de vidro duplo com as dimensões mostradas na figura e uma área envidraçada
de 1,5m × 1,5m. No caso da janela ter ar estagnado preso entre os dois vidros (sem convecção), os
coeficientes de transferência de calor por convecção nas superfícies interna e externa são de
5 W/m2.K e 20 W/m2.K, respectivamente. Desenhando o circuito de resistências térmicas calcule a
resistência térmica total e o coeficiente global de transferência de calor para o sistema da janela.
Consider a double-pane window with the dimensions shown in the figura
and a glazed area of 1.5m × 1.5m. In case the window has stagnant
air trapped between the two panes (without convection), the
convective heat transfer coefficients on the inside and outside
surfaces are 5 W/m2.K and 20 W/m2.K, respectively. Drawing the


1
thermal resistance circuit calculate the total thermal resistance
and overall heat transfer coefficient for the window system.
b) (1,5 v./1.5 points)
Se a temperatura do ar interior for de 20 °C e a temperatura do ar exterior for de 0 °C, compare a
perda de calor através de uma janela de vidro duplo de 1,5m × 1,5m com a perda de calor através de
uma janela de vidro simples, assumindo que os coeficientes de transferência de calor por convecção
nas superfícies interna e externa permanecem inalterados (ver alínea anterior). Comente sobre qual
o sistema de janela que permite economizar mais energia, quantificando, e por que é que isso ocorre.
If the inside air temperature is 20°C and the outside air temperature
is 0°C, compare the heat loss through a 1.5m × 1.5m double-pane
window with the heat loss through a single-pane window, assuming
that the convective heat transfer coefficients on the inside and
outside surfaces keep unchanged (see previous question). Comment on
which window system can save more energy, quantifying it, and why
does that occur.

c) (1 v./1 point)
Verifique se a hipótese de ausência de convecção no espaço entre vidros é razoável.
Verify if the assumption of negligible convection in the enclosure
is reasonable.

d) (1 v./1 point)
Considere que a janela de vidro simples (1,5m × 1,5m) é substituída por uma placa de alumínio. A
sua superfície externa absorve 225W/m2 de radiação solar num dia sem vento, e a temperatura do ar
externo permanece 0 °C, sendo o número de Nusselt médio de 1200. Considerando que a superfície
interna da placa é termicamente isolada, determine a temperatura da superfície externa da placa.
Consider that the single-pane window (1.5m × 1.5m) is replaced by
an aluminum plate. Its outer surface absorbs 225W/m2 of solar
radiation in a windless day, and the outside air temperature
remains 0°C, the average Nusselt number being 1200. Considering the
plate inner surface is thermally insulated determine the outside
surface temperature of the plate.




Problema 2 / Problem 2 (7 valores / 7 points)
A figura seguinte mostra um condensador que contém N = 100 tubos paralelos alinhados de secção transversal
quadrada (feitos de uma parede muito fina de material altamente condutor). Um fluido específico condensa na
superfície externa destes tubos, enquanto que no interior circula água com as seguintes condições de entrada:
caudal volumétrico total de 36 m3/h (de todos os tubos) e temperatura de entrada de 14 °C. Os tubos têm um
comprimento desconhecido L e a secção transversal quadrada tem um comprimento lateral H = 1 cm. Além
disso, sabe-se que uma potência térmica total de 650 kW é necessária para o processo de condensação.
The following figure shows a condenser that contains N = 100 parallel
aligned tubes of square cross-section (made of a very thin wall of highly
conductive material). A specific fluid condenses at the outer surface of
these tubes, while inside circulates water with the following inlet
conditions: total volumetric flow rate of 36 m3/h (of all the tubes) and
inlet temperature of 14°C. The tubes have an unknown length L and the
square cross-section has a side length H = 1 cm. Additionally, it is known
that a total thermal power of 650 kW is required for the condensation
process.




2
a) (1 v./1 point)
Estime a temperatura da água à saída do condensador.
Estimate the water temperature at the condenser outlet.

b) (2 v./2 points)
Calcule o coeficiente global de transferência de calor U do condensador. Justifique todas as
simplificações e aproximações consideradas. Se você precisar, você pode assumir que L / H >> 1.
Calculate the overall heat transfer coefficient U of the condenser.
Justify all considered simplifications and approximations. If you
need, you can assume that L/H >> 1.

c) (2 v./2 points)
Estime o comprimento L dos tubos de água para permitir que a mudança de fase do fluido de
condensação ocorra a 45 °C. (Se precisar, assuma que U = 4850 W/m2.K)
Estimate the length L of the water tubes in order to allow the phase-
change of the condensing fluid to occur at 45°C. (If you require,
assume U = 4850 W/m2.K)

d) (2 v./2 points)
Após um certo tempo de operação, uma camada de depósitos de sujidade (com condutividade térmica
de 5 W/m.K) é formada na superfície externa dos tubos de água (isto é, no lado da condensação). Se
a eficácia do condensador não puder diminuir para mais de 25% relativamente ao seu valor original
de projeto, estime a espessura máxima permitida para a camada de depósitos. (Se precisar, suponha
L = 1,5 m e uma eficácia original de 0,5)
After a certain operation time, a layer of fouling deposits (with
thermal conductivity of 5 W/m.K) is formed at the outer surface of
the water tubes (i.e. on the condensation side). If the condenser
effectiveness cannot decrease to more than 25% of its original design
value, estimate the maximum thickness allowed for the deposits layer.
(If you require, assume L = 1.5 m and an original effectiveness of
0.5)




3
TCal/Heat Transfer- Exam 1: Problema 1/Problem 1 (5 valores / 5 points)
Nos últimos anos, vários estados dos EUA passaram a exigir o uso de janelas de vidro duplo
em edifícios residenciais para reduzir as necessidades de aquecimento/ arrefecimento.
Algumas dessas janelas têm um espaço evacuado entre os dois vidros, enquanto outras
aprisionam ar no espaço.
In recent years, several states of USA require the use of
double-pane windows in house buildings to reduce the
heating/cooling needs. Some of these windows have an evacuated
space between the two glass panes while others trap air in the
space.




Nota: Considere g = 9,81 ms-2 e as seguintes propriedades constantes:
Vidro: kg = 0,80 W/m.K Ar: ka = 0,025 W/m.K; αa = 1,92×10-5 m2/s; νa =
1,37×10-5 m2/s
Note: Consider g = 9.81 ms-2 and the following constant
properties:
Glass: kg = 0.80 W/m.K Air: ka = 0.025 W/m.K; αa = 1,92×10-5
m2/s;
νa = 1,37×10-5 m2/s
a) (1,5 v./1.5 points)
Considere uma janela de vidro duplo com as dimensões mostradas na figura e uma área
envidraçada de 1,5m × 1,5m. No caso da janela ter ar estagnado preso entre os dois vidros
(sem convecção), os coeficientes de transferência de calor por convecção nas superfícies
interna e externa são de 5 W/m2.K e 20 W/m2.K, respectivamente. Desenhando o circuito de
resistências térmicas calcule a resistência térmica total e o coefi...

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