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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
ESCOLA DE ENGENHARIA – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
ENG07020 – Transferência de Calor e Massa I 
Área 1 - Primeira Lista de Exercícios 
1.1) Um aquecedor elétrico de cartucho possui a forma de um cilindro, com comprimento 
L = 200 mm e diâmetro externo D = 20 mm. Em condições normais de operação, o aquecedor 
dissipa 2 kW, quando submerso em uma corrente de água a 20 °C, onde o coeficiente de 
transferência de calor por convecção é de 5000 W/m2.K. 
a) Desprezando a transferência de calor a partir das extremidades do aquecedor, 
determine a sua temperatura superficial TSUP. (Resp.: TSUP = 51,8 °C). 
b) Se o escoamento da água é inadvertidamente interrompido e o aquecedor permanece 
em operação, sua superfície passa a estar exposta ao ar, que também se encontra a 20 
ºC, mas para o qual agora o coeficiente convectivo é h = 50 W/m2.K. Qual é a 
temperatura superficial correspondente? Quais as consequências de tal evento? 
(Resp.: TSUP = 3203,1 °C) 
 
1.2) Em um reator esférico de aço inoxidável (AISI 302) ocorre uma reação que fornece um 
fluxo de calor uniforme qi” para a sua superfície interna. O reator é subitamente submerso 
em um banho líquido a uma temperatura T < Ti, onde Ti é a temperatura inicial da parede 
do reator. 
 
 
 
a) Considerando que o gradiente de temperatura na parede do reator seja desprezível e que 
o fluxo de calor seja constante e igual a qi”, desenvolva uma equação para a variação da 
temperatura em função do tempo durante o processo transiente. Qual a taxa inicial de 
variação da temperatura na parede se qi” = 105 W/m2? (Resp.: dTSUP/dt = -0,088 K/s) 
b) Qual a temperatura na parede em condições de regime estacionário? (Resp.: TSUP = 439 K) 
 
 
 
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1.3) Em um elemento combustível cilíndrico para reator nuclear, com 50 mm de diâmetro, 
há geração interna de calor a uma taxa uniforme de 5.107 W/m3. Em condições de estado 
estacionário, a distribuição de temperatura no seu interior tem a forma T(r) = a + b.r2, onde 
T está em graus Celsius e r é expresso em metros, enquanto a = 800 °C e 
b = -4,167.105 °C /m2. As propriedades do combustível são k = 30 W/m.K,  = 1100 kg/m3 e cp 
= 800 J/kg.K. 
a) Qual é a taxa de transferência de calor, por unidade de comprimento do elemento em r = 
0 (a linha do centro) e em r = r0 = 25 mm (a superfície)? (Resp.: q(r0) = 0,98.105 W/m) 
b) Se o nível de potência do reator for subitamente aumentado para 108 W/m3, qual a taxa 
inicial de variação da temperatura com o tempo em r = 0 e r = 25 mm? (Resp.: 
𝜕𝑇
𝜕𝑡
= 56,8 
K/s). 
 
1.4) Trechos de um oleoduto que atravessa o Alasca encontram-se acima do solo e são 
sustentados por suportes verticais de aço (k=25 W/m.K) que possuem comprimento L = 1 m 
e área de seção transversal de 0,005 m2. Em condições normais de operação sabe-se que a 
variação de temperatura ao longo do comprimento do suporte é governada pela seguinte 
equação: 
𝑇 = 100 − 150𝑥 + 10𝑥2 
 
em que T e x possuem unidade °C e m, respectivamente. Assume-se pequenas variações de 
temperatura na seção transversal. Determine a temperatura e a taxa de transferência de 
calor na junção suporte-oleoduto (x = 0) e na interface suporte-solo (x = L). Explique as 
diferenças entre as taxas de transferência de calor. (Resp.: em x = 0, q= 18,75W ; x = L, q= 
16,25W) 
 
1.5) No corpo bidimensional da figura, sabe-se que o gradiente de temperatura na superfície 
A é igual a 
∂T
∂y
 = 30 K/m. Quais são os valores dos gradientes de temperatura 
∂T
∂y
 e 
∂T
∂x
 na 
superfície B? (Resp.: 
∂T
∂x
 = 60 K/m)