Arquivo de Orientacao 30_03_2022 (1)

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FACULDADE SERRA DOURADA DE ALTAMIRA 
CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
CERTIFICAÇÃO : MÁQUINAS TÉRMICAS 
DISCIPLINA: TRANSPORTE DE CALOR E MASSA EM MÁQUIANS TÉRMICAS 
TURMA: 4824 - GI TRCMMTER - 2022/1 
PROFESSOR: ENGENHEIRO MECÂNICO ALBERTO GATASSE KALUME JUNIOR 
 
Prezados alunos, esta lista 2 de exercícios contempla 10 questões com assuntos da unidade 3-Condução 
em regime estacionário. Cada questão vale 1 ponto, totalizando 10 pontos, e servirá de avaliação para a 
segunda conexão. A resolução e entrega deverá ser individual até o dia 04 de abril de 2022, na área de 
atividades do NAV. 
 
CAPÍTULO 3 
1) (1 PONTO) Paredes planas e compostas 3.2 Uma nova construção a ser localizada em clima frio está 
sendo projetada com um porão que tem uma parede com espessura L 200 mm. As temperaturas interna 
e externa desta parede estarão a Ti = 20°C e Te = 0°C, respectivamente. O arquiteto pode especificar o 
material da parede, sendo blocos de concreto aerado com kca = 0,15 W/(m · K)) ou concreto com brita. 
Para reduzir o fluxo térmico condutivo através da parede de concreto com brita a um nível equivalente 
ao da parede com concreto aerado, qual espessura de uma folha de poliestireno extrudado tem que ser 
aplicada na superfície interna da parede de concreto com brita? A dimensão do piso do porão é 20 m × 
30 m e a taxa de renda esperada é de $50/m2/mês. Qual o custo anual, em termos da perda de renda 
anual, se a parede de concreto com brita, com isolamento de poliestireno, for especificada? 
 
2) (1 PONTO) Paredes planas e compostas 3.5 Um dormitório em uma grande universidade, construído 
há 50 anos, tem as paredes externas construídas com um forro, que tem k = 0,1 W/(m · K) e espessura 
L = 25 mm. Para reduzir a perda térmica no inverno, a universidade decidiu encapsular todo o dormitório 
através da aplicação de uma camada de Li = 25 mm de isolante extrudado com ki = 0,029 W/(m · K) na 
superfície externa do forro. O isolante extrudado é, por sua vez, coberto com vidro arquitetônico, Lv = 5 
mm com kv = 1,4 W/(m · K). Determine o fluxo térmico através das paredes original e remodelada, 
quando as temperaturas do ar interno e externo são T∞,i = 22°C e T∞,e = −20°C, respectivamente. Os 
coeficientes de transferência de calor interno e externo são hi = 5 W/(m · K) e he = 25 W/(m · K), 
respectivamente. 
 
3) (1 PONTO) Paredes planas e compostas 3.7 As paredes de uma geladeira são tipicamente construídas 
com uma camada de isolante entre dois painéis de folhas de metal. Considere uma parede feita com 
isolante de fibra de vidro, com condutividade térmica ki = 0,046 W/(m · K) e espessura Li = 50 mm, e 
painéis de aço, cada um com condutividade térmica kp = 60 W/(m · K) e espessura Lp = 3 mm. Com a 
parede separando ar refrigerado a T∞,i = 4°C do ar ambiente a T∞,e = 25°C, determine o ganho de calor 
por unidade de área superficial. Os coeficientes associados à convecção natural nas superfícies interna 
e externa podem ser aproximados por hi = he = 5 W/(m2 · K). 
 
4) (1 PONTO) Resistência de Contato 3.26 Uma parede composta separa gases de combustão a 2600°C 
de um líquido refrigerante a 100°C, com coeficientes de transferência de calor no lado do gás e no do 
líquido iguais a 50 e 1000 W/(m2 · K). A parede é composta por uma camada de espessura igual a 10 
mm de óxido de berílio no lado do gás e uma placa de 20 mm de espessura de aço inoxidável (AISI 304) 
no lado do líquido. A resistência de contato entre o óxido e o aço é de 0,05 m2 · K/W. Qual é a perda de 
calor por unidade de área da superfície na parede composta? Esboce a distribuição de temperaturas do 
gás para o líquido. 
 
5) (1 PONTO) Resistência de Contato 3.28 Duas placas em aço inoxidável, com espessura de 10 mm, 
estão sujeitas a uma pressão de contato de 1 bar sob vácuo. Nestas condições, há uma queda global 
de temperatura através das placas de 100°C. Qual é o fluxo térmico através das placas? Qual é a queda 
de temperatura no plano de contato? 
 
6) (1 PONTO) Parede Cilíndrica 3.46 Considere o aquecedor de água descrito no Problema 1.48. 
Desejamos, agora, determinar a energia necessária para compensar as perdas de calor que ocorrem 
enquanto a água está armazenada na temperatura especificada de 55°C. O tanque de armazenamento 
cilíndrico (com extremidades planas) possui uma capacidade de 100 galões e espuma de uretano é 
usada para isolar todas as suas superfícies (lateral e extremidades) do ambiente, que apresenta uma 
temperatura média anual de 20°C. A resistência à transferência de calor é dominada pela condução no 
isolante e pela convecção natural no ar, com h ≈ 2 W/(m2 · K). Se aquecimento por meio de uma 
resistência elétrica é usado para compensar as perdas e o custo da energia elétrica é de $0,08/(kW · h), 
especifique as dimensões do tanque e do isolante para um custo anual associado às perdas de calor 
inferior a $50. 
 
7) (1 PONTO) Parede Cilíndrica 3.48 Um aquecedor elétrico delgado é enrolado ao redor da superfície 
externa de um longo tubo cilíndrico cuja superfície interna é mantida a uma temperatura de 5°C. A parede 
do tubo possui raios interno e externo iguais a 25 e 75 mm, respectivamente, e uma condutividade 
térmica de 10 W/(m · K). A resistência térmica de contato entre o aquecedor e a superfície externa do 
tubo (por unidade de comprimento do tubo) é = 0,01 m · K/W. A superfície externa do aquecedor está 
exposta a um fluido com T∞ = –10°C, com um coeficiente convectivo h = 100 W/(m2 · K). Determine a 
potência do aquecedor, por unidade de comprimento do tubo, requerida para mantê-lo a Te = 25°C. 
 
 
8) (1 PONTO) Parede Esférica 3.63 Um tanque de armazenamento possui uma seção cilíndrica, com 
comprimento e diâmetro interno de L = 2 m e Di = 1 m, respectivamente, e duas calotas hemisféricas 
nas extremidades. O tanque é fabricado em vidro (Pyrex) com 20 mm de espessura e encontra-se 
exposto ao ar ambiente, no qual a temperatura é de 300 K e o coeficiente convectivo é igual a 10 
W/(m2.K). O tanque é usado para armazenar óleo aquecido, que mantém a superfície interna a uma 
temperatura de 400 K. Determine a potência elétrica que deve ser fornecida a um aquecedor submerso 
no óleo, se as condições especificadas devem ser mantidas. Efeitos da radiação térmica podem ser 
desprezados e a condutividade térmica do Pyrex pode ser suposta igual a 1,4 W/(m · K). 
 
9) (1 PONTO) Parede Esférica 3.65 Uma casca esférica de vidro Pyrex tem diâmetros interno e externo 
de D1 = 0,1 m e D2 = 0,2 m, respectivamente. A superfície interna está a Ts,1 =100°C e a superfície 
externa está a Ts,2 = 45°C. 
a) Determine a temperatura no ponto central da espessura da casca, T(rm = 0,075 m). 
b) Para as mesmas temperaturas nas superfícies e dimensões da parte (a), mostre como a temperatura 
no ponto central mudaria se a casca fosse de alumínio. 
 
10) (1 PONTO) Superfícies Estendidas 3.110 Considere a fabricação de silício fotovoltaico, como descrito 
no Problema 1.42. A lâmina fina de silício é puxada do banho de silício fundido muito devagar e é 
submetida a uma temperatura ambiente de T∞ = 527°C no interior da câmara de crescimento. Um 
coeficiente convectivo de h = 7,5 W/(m2 · K) está associado às superfícies expostas da lâmina de silício 
enquanto ela encontra-se dentro da câmara de crescimento. Calcule a velocidade máxima permitida da 
lâmina de silício, Vsi. O calor latente de fusão do silício é de hsf = 1,8 × 106 J/kg. Pode-se considerar 
que a energia térmica liberada pela solidificação é removida por condução ao longo da lâmina.