ListasdeExerccios1_20200402183110

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Engenharia Mecânica 
Transferência de Calor 01/2020 
 
Listas de Exercícios – Transferência de Calor. 
Questão 1 – (Questão de prova) 
Qual a espessura de isolamento de fibra de vidro 
(k = 0,035 W/m.K) necessária para garantir que a 
temperatura externa de um forno de cozinha não 
exceda 43 °C? As camadas de aço (k = 16 W/m.K) 
na parte interna e externa do forno tem 0,8 mm de 
espessura e a fibra de vidro deve ser colocada 
entre elas. A temperatura máxima a ser mantida 
nas paredes internas do forno é de 190 °C e a 
temperatura do ar ambiente na cozinha pode 
chegar até a 33 °C. O coeficiente médio de 
transferência de calor por convecção entre o forno 
e ar ambiente é de 12 W/m.K. 
 
 
Questão 2 – (Questão de prova) 
Em países frios, nas situações em que a 
temperatura do ar ambiente é mantida constante 
por um aquecedor, não é incomum que uma 
pessoa se sinta com frio no inverno, mas 
confortável no verão. Forneça uma explicação 
plausível para este fenômeno embasada por 
cálculos. Para tanto considere um quarto com 
temperatura do ar constante em 20° C ao longo do 
ano. Porém a temperatura das paredes muda de 
27 °C no verão para 14° C no inverno. A superfície 
exposta de uma pessoa pode ser considerada 
como estando a 32° C independente da época do 
ano. A emissividade da pele é igual ε = 0,9. O 
coeficiente de transferência por convecção é igual 
2 W/m².K. 
 
Questão 3 – (questão de prova) 
Determine a potência necessária para aquecer um 
ferro de solda no qual a ponta deve ser mantida a 
temperatura constante de 400 °C. A ponta é 
cilíndrica e mede 3 mm de diâmetro e 10 mm de 
comprimento. A temperatura no ar e nas 
superfícies ao redor são iguais a 20 °C e o 
coeficiente de transferência de calor por 
convecção é de 20 W/m².K. A ponta do ferro de 
solda em uso tem emissividade 0,8. 
 
Questão 4 – (Questão de Prova) 
Uma parede de tijolos à vista é construída a partir 
do seguinte padrão: um tijolo cerâmico maciço e 
uma camada de argamassa conforme a figura a 
seguir. 
 
 
O tijolo tem condutividade térmica k = 0,46 W/m.k 
e concreto tem condutividade térmica k = 1,45 
W/m.K. 
A) Determine a resistência térmica de um 
único conjunto tijolo-argamassa mostrado 
na figura, considerando que o fluxo de calor 
é no sentido da seta mostrada junto à vista 
lateral. 
B) Se uma parede de 3m x 6m é construída 
inteiramente a partir deste padrão e tem 
em suas faces externa e interna, 
respectivamente, as temperaturas de 33°C 
e 20°C, determine a taxa de transferência 
de calor por condução em toda a extensão 
desta parede. 
 
 
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Transferência de Calor 01/2020 
 
Questão 5 – (Questão de prova) 
Uma casa tem paredes compostas por três 
camadas: uma camada de madeira, uma com 
isolante fibra de vidro e outra camada de placa de 
gesso. Em um dia frio de inverno as temperaturas 
interna e externa são respectivamente 20 e -15 °C. 
Os coeficientes de transferência de calor por 
convecção são hi = 30 W/m².K (interno) e h0 = 60 
W/m².K (externo). A área total da parede é de 350 
m². As condutividades térmicas são: (gesso: k = 
0,17 W/m⋅K), (madeira: k = 0,12 W/m⋅K), (fibra de 
vidro: k = 0,038 W/m⋅K). Determine a taxa de 
perda de calor través desta parede. 
 
 
Questão 6 – (Questão de prova) 
O Cloreto de Polivinil Clorado (CPVC) é um 
termoplástico bastante usado em tubulação de 
água quente por apresentar uma série de 
características favoráveis em relação ao PVC, 
principalmente relacionadas à resistência contra 
altas temperaturas. Um tubo de 19,05 mm de 
diâmetro interno (3/4 de polegada) feito de CPVC, 
tem espessura de 2,85 mm. A condutividade 
térmica deste material é k = 0,139 W/m.K. Em uma 
aplicação estimou-se que a perda de calor por 
metro em um tubo destes era da ordem de 4 W/m. 
Se a temperatura interna do tubo está em 85°C, 
qual é sua temperatura externa? 
 
Questão 7 – (Questão de prova) 
 
Uma caixa de isopor consiste de uma cavidade 
cúbica que tem lado de 2 m. Assuma que a base da 
caixa em contato com o piso é completamente 
isolada. Qual é a espessura mínima do isopor (k = 
0,030 W/m.K) que deve ser utilizada no topo e nas 
laterais da caixa para garantir uma perda de calor 
de no máximo 500 W quando a temperatura na 
face interna e externa são respectivamente -10 °C 
e 35 °C? 
 
Questão 8 – 
Um computador de alta velocidade está localizado 
em um ambiente com temperatura de sala 
controlada a 26 ° C. Quando a máquina está 
operando, sua taxa interna de geração de calor é 
estimada em 800 W. 
A temperatura da superfície externa do 
computador deve ser mantida abaixo de 85 ° C. O 
coeficiente de transferência de calor por 
convecção para o ambinete é igual a 10 W/m².K. 
Qual é a área de superfície necessária no gabinete 
do computador para a operação segur da 
máquina? 
 
Questão 9 – 
Uma seção de uma parede plana multicamada é 
mostrada abaixo. As temperaturas na faces 
esquerda e direita são respectivamente 200°C e 
50°C. Se as condutividades térmicas dos materiais 
são: kA = 70 W/m.K, kB = 60 W/m.K, kC = 40 W/m.K 
e kD = 20 W/m.K. Determine a taxa de 
transferência de calor por esta parede. 
 
Questão 10 – 
Pregos de aço macio (k = 43 W/m.K) foram 
introduzidos através de uma parede de madeira 
maciça (k = 0,15 W/m.K) composta por duas 
camadas, cada uma com 2,5 cm de espessura, para 
reforço da mesma. Se a área transversal total dos 
pregos for de 0,5% da área da parede, determine a 
resistência térmica para 1 m² da parede composta. 
Determine também a porcentagem do fluxo de 
calor total que passa através das pregos quando a 
temperatura a diferença de temperatura através 
da parede é de 25 ° C. 
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Transferência de Calor 01/2020 
 
Questão 11 – 
Um tubo de vapor de 200 mm de diâmetro externo 
passa através de um sala ampla. A temperatura da 
parede do tubo 
é de 500 ° C, enquanto o ar ambiente na sala é 20 
° C. Determinar a taxa de transferência de calor por 
convecção e radiação por unidade de 
comprimento do tubo de vapor, se a 
emissiviodade da superfície da tubulação é de 0,8 
e o coeficiente de convecção natural 
é igual a 10 W/m².K. 
 
Questão 12 – 
Considere um aquecedor elétrico de água quente 
de 2 m de altura e um diâmetro de 40 cm e 
mantém a água quente a 55 ° C. O tanque está 
localizado em uma pequena sala cuja temperatura 
média é 27 ° C, e os coeficientes de transferência 
de calor no interior e no exterior das superfícies do 
aquecedor são de 50 e 12 W/m².K, 
respectivamente. O tanque é colocado em outro 
tanque de chapa metálica de 46 cm de diâmetro e 
espessura desprezível, e o espaço entre os dois 
tanques é preenchido com isolamento de espuma 
(k = 0,03W/m·K). A resistência térmica do tanque 
de água e da concha externa fina de chapa metálica 
são desprezíveis em comparação com a do 
isolante. 
Se o custo da eletricidade é de U$ 0,08 por kWh e 
o proprietário paga U$ 280,00 por ano com custos 
de aquecimento de água, determine a fração do 
custo de energia com aquecimento de água que é 
devida à perda de calor no tanque. 
Se a isolação colocada custou ao proprietário um 
valor de U$ 30,00 em quanto tempo ele terá o 
retorno deste investimento? 
 
 
Questão 13 – 
 Uma barra cilíndrica de combustível nuclear de 15 
mm de diâmetro é envolta em um cilindro 
cerâmico concêntrico oco com diâmetro interno 
de 35 mm e diâmetro externo de 110 mm. Isso 
criou um espaço entre a barra de combustível e o 
cilindro oco de cerâmica com um coeficiente de 
transferência de calor por convecção de 10 
Questão 14 – 
- Uma parede de 4 m de altura e 6 m de 
comprimento é constituída por duas grandes 
placas grossas de aço (k = 15 W/m.K) de 0,8 cm de 
espessura, separadas por barras de aço de 1 cm de 
espessura e 22 cm de largura colocadas com 99 cm 
de intervalo. O espaço restante entre as placas de 
aço é preenchido com isolante de fibra de vidro (k 
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Transferência de Calor 01/2020 
 
W/m²·K. A cavidade do cilindro cerâmico possui 
uma condutividade térmica de0,07 W/m·K e sua 
superfície externa mantém uma temperatura 
constante de 30 ° C. Se a barra de combustível gera 
calor a uma taxa de 1 MW/m³, determina a 
temperatura na superfície da barra de 
combustível. 
 
Dica: para encontrar a taxa de produção de calor 
em W determine o volume da barra de combustível 
considerando 1m de altura e depois multiplique 
pela taxa informada. 
 
 
= 0,035 W/m.K). Considerando que a diferença de 
temperatura entre as superfícies interna e externa 
das paredes é 22 °C, determine a taxa de 
transferência de calor através da parede. 
Será ́que podemos ignorar as barras horizontais de 
aço entre as chapas na análise da transferência de 
calor, uma vez que ocupam apenas 1% da área de 
transferência do calor? Calcule a nova taxa de 
transferência ignorando as barras, ou seja, 
considerando que a fibra de vidro ocupa a parede 
de cima a baixo uniformemente. 
Questão 15 – 
Um tanque esférico de 50 cm de diâmetro está 
cheio com agua com gelo a 0 °C. O reservatório é 
de casca fina, e a temperatura pode ser 
considerada a mesma temperatura do gelo. O 
reservatório é exposto ao ar ambiente a 20 °C com 
coeficiente de transferência de calor de 12 
W/m².K. O reservatório deve ser coberto com 
isolante de lã de vidro (k = 0,05 W/m.K) para 
diminuir em 90% o calor ganho pela agua com 
gelo. Qual é a espessura exigida da camada de 
isolamento? 
Questão 16 – 
Uma barra de 10 cm de comprimento com uma seção 
transversal quadrada, como mostrada na Figura, é 
constituída por uma camada de cobre (k = 400 W/m · 
K) de 1 cm de espessura e de uma camada de epóxi 
composto (k = 0,4 W/m·K) de 1 cm de espessura. 
Calcular a taxa de transferência de calor sob uma 
força motriz térmica ele 50 °C, quando a direção 
da transferência de calor unidimensional permanente 
é (a) da frente para trás (isto é, ao longo do seu 
comprimento). (b)da esquerda para a direita e 
(c) de cima para baixo.