Prova - Turma B

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Curso: Engenharia de Energias e Meio Ambiente 
Prof(a): Andréa Pereira 
 
1) Uma parede de uma caldeira é composta por uma camada de tijolo refratário e uma camada de 1 
cm de aço (k = 51 W/m K) em sua superfície externa. Dois tipos de tijolos refratários estão 
disponíveis, o tijolo A suporta temperatura máxima de utilização 1400 K e apresenta 
condutividade de 4 W/m K e o outro (tijolo B) suporta um limite máximo de 800 K e apresenta 
condutividade de 2 W/m K. 
Nessa caldeira, a temperatura do ar interno é de 1440 K (h = 1000 W/m² K) e do ar ambiente de 
300 K (h = 400 W/m² K). Os tijolos apresentam o mesmo custo e espessura de 5 cm, porém 
queremos projetar a parede mais econômica para a caldeira. Se a quantidade máxima permitida de 
transferência de calor for 50 kW/m², determine: 
 
a) As temperaturas das superfícies da parede externa (Te) e interna (Ti) da caldeira. 
b) Os números de tijolos do tipo A e B. 
 
2) Um dispositivo eletrônico, que internamente gera 0,6 W de calor, permite a operação em uma 
temperatura máxima de 70°C. Ele deve se resfriado pelo ar a 25°C através da montagem de aletas 
de alumínio, cuja espessura, altura e comprimento são de 1, 3 e 10 cm, respectivamente (como 
mostrado na figura). O coeficiente de transferência de calor por convecção entre as aletas e o ar é 
de 20 W/m² K. Calcule as temperaturas de operação, sabendo que a resistência condutiva na aleta 
é desprezível, quando o sistema for montado de tal forma que: 
 
 
 
a) Exista uma resistência de contato de 60 K/W 
entre a superficie do dispositivo e o arranjo 
aletado. 
 
b) Exista uma paste térmica de 1 cm de 
espessura entre o dispositivo e a placa 
aletada, cuja a condutividade é de 2 W/m K. 
 
 
 
3) Resíduo radioativo é armazenado em um recipiente cilíndrico de aço inoxidável, com diâmetro 
interno de 1 m. Energia térmica é gerada a uma taxa qg dentro do material residual, em que q0 
tem um valor constante de 200 kW/m. A superficie externa do recipiente está submetida a uma 
temperatura de 25°C e suas extremidades estão isoladas, de modo que a transferência de calor 
seja somente na direção r. Você pode considerar que na faixa de interesse a condutividade do 
resíduo radioativo seja 20W/m. K. 
𝑞𝑔 = 𝑞0 [1 − (
𝑟
𝑅⁄ )] 
a) Qual é a temperatura máxima no interior do material radioativo? 
b) Onde ocorrerá a temperatura máxima? 
 
4) É sabido que laranjas podem ser expostas a temperaturas de congelamento por curtos períodos de 
tempo, sem sofrer sérios danos. Como um caso representativo, considere uma laranja com diâmetro 
de 0,1 m, originalmente a uma temperatura uniforme de 25°C, exposta repetidamente a um ar a 5°C 
com velocidade de 1 m/s. Quanto tempo levará para a superficie da laranja atingir 10°C, sabendo 
que a resistência condutiva é desprezível, se o coeficiente convectivo por calculado usando: 
 
 
Dados: 
𝜌𝑙𝑎𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 = 940 𝑘𝑔/𝑚³ 
𝑐𝑝𝑙𝑎𝑟𝑎𝑛𝑗𝑎 = 3,8 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝐾 
𝑘𝑎𝑟 = 0,024 𝑊/𝑚 𝐾 
𝜌𝑎𝑟 = 1,225 𝑘𝑔/𝑚³ 
𝑐𝑝𝑎𝑟 = 1 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝐾 
𝑃𝑟 = 1,2 
𝐶𝑓 = 0,4 
 
a) Analogia de Reynolds 
b) Analogia de von Kármán 
 
5) Considere o fluxo de ar sobre a superficie de uma placa mantida a uma temperatura de 200°C e 
condutividade de 0,03024 W/m.K. O perfil de temperatura do fluxo de ar é dado como: 
 
𝑇(𝑦) − 𝑇∞
𝑇𝑠 − 𝑇∞
= 𝑒
(
− 𝑉
𝛼𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜
 𝑦)
 
O fluxo de ar a 1 atm tem velocidade de fluxo livre e temperatura de 0,04 m/s e 40°C, respectivamente. 
Determine: 
a) O fluxo de calor na superfície da placa (𝛼𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 = 1,5 10
−7𝑚2/𝑠). 
b) O coeficiente de transferência de calor por convecção do fluxo de ar.