processos de transferencia de calor

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PROCESSOS DE 
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
2019
Prof. ª Eloá Suelen Ramos
Prof. ª Cândida Luiza Simonato
GABARITO DAS 
AUTOATIVIDADES
2
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
UNIDADE 1
TÓPICO 1 
1	 Defina	energia.
R.: Está associada à capacidade de produção de ação e/ou movimento 
e manifesta-se de muitas formas diferentes, como movimento de corpos, 
calor, eletricidade etc. Segundo o Princípio de Lavoisier, a energia não 
pode surgir do nada e nem pode ser destruída. A única possibilidade que 
existe é a transformação de um tipo de energia em outro, como a energia 
da queda d´água nas hidrelétricas que é convertida em energia elétrica.
2	 Diferencie	temperatura	e	calor.
R.: Calor é o nome dado à energia térmica quando ela é transferida de um 
corpo a outro, motivada por uma diferença de temperatura entre os corpos. 
É energia térmica em trânsito. No verão, um lago pode armazenar energia 
térmica durante o dia e transferi-la ao ambiente à noite na forma de calor. 
Temperatura é a grandeza física que permite medir quanto um corpo está 
quente ou frio. Está relacionada à energia cinética das partículas de um 
corpo, à energia de movimento das partículas. A chama de uma vela pode 
estar numa temperatura mais alta que a água do lago, mas o lago tem mais 
energia térmica para ceder ao ambiente na forma de calor.
3	 Em	um	laboratório	de	Física,	uma	amostra	de	20	g	de	cobre	recebeu	
186	cal	de	calor	de	uma	determinada	fonte	térmica.	Sabendo	que	o	
calor	específico	do	cobre	é	0,093	cal/g°C,	determine	a	variação	de	
temperatura	sofrida	pela	amostra.
FONTE: <https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-
-calor.htm#resposta-3468>. Acesso em: 16 abr. 2019.
R.: Q = m.c.Δt
186 = 20 . 0,093 . Δt
186 = 1,86. Δt
Δt = 186 ÷ 1,86 = 100 °C
3
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
4	 Um	bloco	de	ferro	de	10	cm³	é	resfriado	de	300	°C	para	0	°C.	Quantas	
calorias	o	bloco	perde	para	o	ambiente?
Dados:	 densidade	 do	 ferro=7,85g/cm³	 e	 calor	 específico	 do	 ferro	 =	
0,11cal/g.°C.
FONTE: <https://brainly.com.br/tarefa/12096238>. Acesso em: 16 abr. 2019.
R: d=m/v
7,85 = m/10 
m=78,5 g
.
78,5.0,11 300
2590,5
Q m c T
Q
Q cal
= ∆
= −
=−
5	 Uma	massa	de	2	kg	de	água	está	a	100	°C.	Determine	a	quantidade	
de	calor	necessária	para	que	20%	da	substância	sofra	mudança	para	
o	estado	gasoso.
Dado:	LVAPORIZAÇÃO	=	540	cal/g.
FONTE: <https://brainly.com.br/tarefa/15847925>. Acesso em: 16 abr. 2019.
R.:
Q=m.L
Q=800.540
Q=324.000 cal = 324 kcal
Para 30% da massa:
2000 g --- 100%
X g --- 30%
X= 600 g
6	 Observe	a	entalpia	padrão	de	formação,	em	KJ.mol-1	e	a	25	°C,	de	
algumas	substâncias:
CH4(g) -74,8
CHCl3(l) - 134,5
HCl(g) - 92,3
Se	realizarmos	a	reação	de	cloração	do	metano,	qual	será	o	valor	da	
variação	da	entalpia	do	processo?
4
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
CH4(g) + 3Cl2(g) → CHCl3(l) + 3HCl(g)
FONTE: <https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-quimica/exercicios-
sobre-calculo-variacao-entalpia.htm>. Acesso em: 16 abr. 2019.
R.: 1o Passo: o cálculo da entalpia dos produtos (Hp) é feito pela multiplicação 
do coeficiente de cada participante pela sua entalpia e, depois, pela soma 
dos resultados:
Hp = 1.HCHCl3(l) + 3. HHCl(g)
Hp = 1.(-134,5) + 3(-92,3)
Hp = - 134,5 + (-276,9)
HP = -411,4 KJ.mol-1
2o Passo: o cálculo da entalpia dos reagentes (Hr) é feito pela multiplicação 
do coeficiente de cada participante pela sua entalpia e, depois, pela soma 
dos resultados:
OBS.: Como o Cl2(g) é uma substância simples, sua entalpia de formação é 
igual a 0.
Hr = 1.HCH4(g) + 3. HCl2(g)
Hr = 1.(-74,8) + 3(0)
Hr = -74,8 KJ.mol-1
3o Passo: cálculo da variação da entalpia do processo:
ΔH = Hp – Hr
ΔH= -411,4 - (-74,8)
ΔH= -336,6 KJ.mol-1
7	 Diferencie	compressibilidade	e	elasticidade.
R.: A compressibilidade é quando um material, ou alguma coisa, diminui seu 
volume quando uma pressão externa lhe é aplicada, e a elasticidade é a 
capacidade que um material tem de se alongar e voltar a sua forma inicial.
8	 Qual	é	a	importância	de	conhecer	os	valores	de	condutividade	térmi-
ca	dos	materiais?
R.: Visa empregar os materiais de maneira correta nos processos. Também 
é em informações de rendimento, segurança e estabilidade.
5
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
TÓPICO 2
1	 (UNISA-SP)	Uma	panela	com	água	está	sendo	aquecida	num	fogão.	
O	calor	das	chamas	se	transmite	através	da	parede	do	fundo	da	pa-
nela	para	a	água	que	está	em	contato	com	essa	parede	e	daí	para	o	
restante	da	água.	Na	ordem	desta	descrição,	o	calor	se	transmitiu	
predominantemente	por:
a) ( ) radiação e convecção.
b) ( ) radiação e condução.
c) ( ) convecção e radiação.
9	 A	respeito	dos	conceitos	de	capacidade	térmica	e	calor	específico,	
assinale	a	alternativa	CORRETA:
a) (F) A capacidade térmica refere-se à substância, enquanto o calor específico 
depende da quantidade de substância existente.
b) (F) A capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para que 1 g 
da substância eleve a sua temperatura em 1 °C.
c) (F) O calor específico é fruto da razão entre a quantidade de calor recebida 
por um corpo e o tempo gasto na troca de energia.
d) (V) A capacidade térmica é uma grandeza que depende da quantidade da 
substância e é determinada pelo produto da massa pelo calor específico.
e) (F) Capacidade térmica e calor específico são sinônimos.
10	Qual	 deve	 ser	 a	 variação	 de	 temperatura	 aproximada	 sofrida	 por	
uma	barra	de	alumínio	para	que	ela	atinja	uma	dilatação	correspon-
dente	a	0,2%	de	seu	tamanho	inicial?	
Dados:	considere	o	coeficiente	de	dilatação	do	alumínio	como	23x10 – 
6	°C – 1.
FONTE: <https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-
dilatacao-termica.htm>. Acesso em: 16 abr. 2019.
R.: A dilatação sofrida pela barra corresponde à porcentagem de aumento, 
portanto:
0,002 L0 = L0 . αBARRA . ΔT
0,002 = 23x10 – 6 ΔT ΔT = 86,9 °C
6
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
d)	(	x	)	condução	e	convecção.
e) ( ) condução e radiação.
FONTE: <http://bit.ly/2k8gAC1>. Acesso em: 16 abr. 2019.
2	 (UNIFENAS)	A	transmissão	de	calor	por	convecção	só	é	possível:
a) ( ) no vácuo.
b) ( ) nos sólidos.
c) ( ) nos líquidos.
d) ( ) nos gases.
e)	(X)	nos	fluidos	em	geral.
FONTE: <https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-
transmissao-energia-termica.htm>. Acesso em: 16 abr. 2019.
3	 Sobre	a	transmissão	de	calor	por	condução	é	CORRETO	afirmar	que:
a) ( ) Ocorre somente nos sólidos.
b) ( ) Pode ocorrer no vácuo.
c)	(x)	Caracteriza-se	 pela	 transmissão	 de	 calor	 entre	 partículas	 em	
razão	da	diferença	de	temperatura.
d) ( ) Caracteriza-se pelo transporte de matéria entre regiões de um fluido 
em razão da diferença de densidade.
FONTE: <https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-
transmissao-energia-termica.htm>. Acesso em: 16 abr. 2019.
4 (Acafe-SC)	Preparar	um	bom	churrasco	é	uma	arte	e,	em	todas	as	
famílias,	sempre	existe	um	que	se	diz	bom	no	preparo.	Em	algumas	
casas,	a	quantidade	de	carne	assada	é	grande	e	se	come	no	almo-
ço	e	no	jantar.	Para	manter	as	carnes	aquecidas	o	dia	todo,	alguns	
utilizam	uma	caixa	de	isopor	revestida	de	papel	alumínio.	A	figura	
a	seguir	mostra,	em	corte	lateral,	uma	caixa	de	isopor	revestida	de	
alumínio	com	carnes	no	seu	interior. 
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PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Considerando o exposto, assinale a alternativa correta que completa as 
lacunas das frases a seguir:
A caixa de isopor funciona como recipiente adiabático. O isopor tenta 
______ a troca de calor com o meio por ________ e o alumínio tenta impedir 
_________.
a) ( ) impedir – convecção – irradiação do calor
b) ( ) facilitar – condução – convecção
c)	(x)	impedir	–	condução	–	irradiação	do	calor
d) ( ) facilitar – convecção – condução
FONTE: <https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-
propagacao-calor.htm>. Acesso em: 16 abr. 2019.
5	 Leia	a	música	a	seguir:
 
 Menino	do	Rio
Meninodo Rio, calor que provoca arrepio 
Dragão tatuado no braço, calção corpo aberto no espaço 
Coração de eterno flerte, adoro ver-te 
Menino vadio, tensão flutuante do rio 
Eu canto para Deus proteger-te 
O Havaí, seja aqui, tudo o que tu sonhares 
Todos os lugares, as ondas dos mares 
Pois quando eu te vejo eu desejo o teu desejo 
Menino do Rio, calor que provoca arrepio toma esta canção 
como um beijo.
A	música	 apresentada,	 de	 autoria	 de	Caetano	 Veloso	 e	 interpretada	
por	 Baby	Consuelo,	 foi	 composta	 em	 1979.	 Logo	 na	 primeira	 frase,	
existe	um	contraste	entre	as	palavras	calor	e	arrepio,	que	é	o	efeito	de	
eriçamento	dos	pelos	do	corpo	por	causa	da	sensação	de	frio.	Marque	
a	alternativa	CORRETA	a	respeito	das	trocas	de	calor	entre	os	corpos:
a) ( ) O calor é uma energia térmica em trânsito e é apenas transmitido por meios 
materiais.
b) ( ) A sensação de frio é provocada pela perda de calor do corpo para o meio 
ambiente por meio do processo de convecção térmica.
c) ( ) O calor é uma energia térmica em trânsito motivada pela igualdade de 
temperatura, que se transfere por meio de três processos: condução, convecção 
e irradiação térmica.
d) ( ) O único processo de transferência de calor que ocorre no vácuo é a 
convecção.
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PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
e)	 (x)	O	calor	que	provoca	arrepio	pode	ser	entendido	como	o	calor	
perdido	pelo	corpo	de	uma	pessoa	por	meio	do	processo	de	condução	
térmica.
FONTE: <https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-
propagacao-calor.htm>. Acesso em: 16 abr. 2019.
6	 Selecione	a	alternativa	que	supre	as	omissões	das	afirmações	se-
guintes:
I- O calor do Sol chega até nós por _____________. 
II- Uma moeda bem polida fica __________ quente do que uma 
moeda revestida de tinta preta, quando ambas são expostas ao Sol. 
III- Numa barra metálica aquecida numa extremidade, a propagação do 
calor se dá para a outra extremidade por ____________.
a) ( ) radiação – menos – convecção. 
b) ( ) convecção – mais – radiação. 
c)	(x)	radiação	–	menos	–	condução. 
d) ( ) convecção – mais – condução. 
e) ( ) condução – mais – radiação.
FONTE: <https://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-
processos-propagacao-calor.htm>. Acesso em: 16 abr. 2019.
7	 Julgue	as	afirmações	a	seguir:
I- A transferência de calor de um corpo para outro ocorre em virtude da 
diferença de temperatura entre eles.
II- A convecção térmica é um processo de propagação de calor que ocorre 
apenas nos sólidos.
III- O processo de propagação de calor por irradiação não precisa de um 
meio material para ocorrer.
Estão CORRETAS:
a) ( ) Apenas I.
b) ( ) Apenas I e II.
c) ( ) I, II e III.
d)	(x)	I	e	III	apenas.
e) ( ) Apenas II e III.
FONTE: <https://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-
processos-propagacao-calor.htm>. Acesso em: 16 abr. 2019.
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PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
8	 O	resultado	da	conversão	direta	de	energia	solar	é	uma	das	várias	
formas	de	energia	alternativa	de	que	se	dispõe.	O	aquecimento	solar	
é	obtido	por	uma	placa	escura	coberta	por	vidro,	pela	qual	passa	um	
tubo	contendo	água.		A	água	circula,	conforme	mostra	o	esquema	a	
seguir:
Coletor
Vidro Placa escura
Reservatório 
de água fria 
Reservatório 
de água quente 
Água quente 
para o consumo
Radiação 
solar
São	feitas	as	seguintes	afirmações	quanto	aos	materiais	utilizados	no	
aquecedor	solar:
I- O reservatório de água quente deve ser metálico para conduzir melhor o 
calor.
II- A cobertura de vidro tem como função reter melhor o calor, de forma 
semelhante ao que ocorre em uma estufa.
III- A placa utilizada é escura para absorver melhor a energia radiante do 
Sol, aquecendo a água com maior eficiência.
Dentre as afirmações, pode-se dizer que, apenas está(ão) CORRETA(S):
a) ( ) I.
b) ( ) I e II.
c) ( ) II.
d) ( ) I e III.
e)	(x)	II	e	III.
FONTE: <http://fisicaevestibular.com.br/novo/fisica-termica/termometria/processos-de-
propagacao-de-calor/exercicios-de-vestibulares-com-resolucoes-comentadas-sobre-
processos-de-propagacao-de-calor/>. Acesso em: 16 abr. 2019.
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PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
TÓPICO 3
1	 Diferencie	energia	sensível	de	energia	latente.
R: A energia sensível é a porção correspondente à variação de temperatura. 
A energia latente é o componente associado à mudança de fase. Por exem-
plo, se ocorre uma transformação no volume de controle de sólido para 
líquido, ou de líquido para vapor, a energia latente aumenta. Quando não 
ocorre mudança de fase, não há variação de energia latente e este termo 
pode ser desprezado.
2	 Calcule	a	resistência	térmica	e	a	taxa	de	transferência	de	calor	através	
de	uma	lâmina	de	vidro	de	janela	(k	=	0,81	W/m.K)	com	1,0	m	de	al-
tura,	 0,5	 m	 de	 largura	 e	 0,5	 cm	 de	 espessura,	 se	 a	 temperatura	
da	superfície	externa	for	24	°C	e	a	temperatura	da	superfície	interna	
for	24,5	°C.
FONTE: <https://pt.scribd.com/document/249034996/LISTA-TRANSFERENCIA-DE-CALOR-
-pdf>. Acesso em: 16 abr. 2019.
R.: Rk = 0,0123 K/W; qk= 40,65 W.
3	 Calcule	a	taxa	de	transferência	de	calor	por	convecção	natural	entre	
uma	seção	de	área	de	20x20	m	do	 telhado	de	um	barracão	e	o	ar	
ambiente,	se	a	temperatura	da	superfície	do	telhado	for	27	°C,	a	tem-
peratura	do	ar	-3	°C	e	o	coeficiente	médio	de	transferência	de	calor	
por	convecção	10	W/m2K.
FONTE: <https://pt.scribd.com/document/249034996/LISTA-TRANSFERENCIA-DE-CALOR-
-pdf>. Acesso em: 16 abr. 2019.
R.: qc = -120.000W
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PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
TÓPICO 4
1	 Uma	placa	de	ferro	está	exposta	a	700	ºC	a	uma	atmosfera	carbo-
netante	(rica	em	carbono)	em	um	de	seus	lados	e	a	uma	atmosfera	
descarbonetante	(deficiente	em	carbono)	no	outro	lado.	Se	uma	con-
dição	de	regime	estacionário	é	angida,	calcule	o	fluxo	de	difusão	do	
carbono	através	da	placa,	dado	que	as	concentrações	de	carbono	
nas	posições	de	5	e	a	10	mm	(5x10-³ e 10-²m)	abaixo	da	superfície	são	
1,2	e	0,8	kg/m³,	respectivamente.	Considere	um	coeficiente	de	difu-
são	3x10-¹¹	m²/s	nessa	temperatura.
R.:
1ª	Lei	de	Fick:	O fluxo de difusão (J) é determinado por:
CJ D
x
∆
= −
∆
J = -3x10^-11 * (0,8-1,2)/(5.10^-3-10^-2)= 2,4.10-10
12
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
2	 Uma	mistura	gasosa	contendo	H2,	N2,	O2	e	vapor	d’água	é	pressurizada	
contra	uma	lâmina	de	6	mm	de	espessura	de	paládio	cuja	área	é	0,25	
m²	a	600	ºC.	O	coeficiente	de	difusão	é	 ( )
8600 1,7 10 ² /H
Pd
D x m s−=℃ 	e	a	con-
centração	no	lado	da	placa	de	alta	e	baixa	pressão	é,	respectivamente,	
2,0 0, 4 2 / ²e KgH m Pd .	A	difusão	acontece	em	estado	estacionário,	H2 
é	purificado	por	difundir-se	mais	rapidamente	que	os	demais	gases,	
angindo	a	outra	face	da	lâmina	que	está	sob	pressão	atmosférica.	Cal-
cular	o	fluxo	de	difusão	do	H2	(purificação)	em	kg/hora.
FONTE: <https://www.passeidireto.com/arquivo/42143289/pcm---resolucao-atividades-
assunto-3/2>. Acesso em: 16 abr. 2019.
R.:
M = [-(1,70.10^-8).(0,25).3600.(0,4-2,0)]/6.10^-3
J=4,1.10^-3 kg/h
3	 A	cementação	de	1	mm	de	uma	engrenagem	a	800	ºC	requer	10h.	
Qual	seria	o	tempo	necessário	para	se	obter	a	mesma	profundidade	
a	900	ºC?
Dados:	Q para a difução de CFC = 137859 J/mol.R. R = 8,31 J/mol. K.
R.:
t=D1073.t1073/D1173 = t1073.[exp(-Q/1073R)/exp(-Q/1173R) = 10h.exp(-1,315) = 
2,68 hora
4	 Uma	folha	de	ferro	de	1,5	mm	de	espessura	é	colocada	em	uma	at-
mosfera	 de	 nitrogênio	 a	 1200	 ºC	 para	 que	 possa	 se	 instaurar	 um	
estado	de	difusão	em	regime	estacionário.	O	coeficiente	de	difusão	
do	nitrogênio	no	aço	a	esta	temperatura	é	de	
2
116 10 mx
s
− 	e	o	fluxo	de	di-
fusão	é	de	 71, 2 10 / ²x k m s− .	Sabe-se	que	a	concentração	de	nitrogênio	
no	lado	da	folha	de	aço	onde	a	pressão	é	mais	elevada	e	de	4	kg/
m³.	A	que	distância	sob	a	superfície	do	lado	onde	a	pressão	é	mais	
elevada	pode-se	medir	uma	concentração	de	2,0	kg/m³?
FONTE: <https://brainly.com.br/tarefa/5286046>. Acesso em: 16 abr. 2019.
R.:
13
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
CA CBJ D
xB xB
−
=−
−
Concentração do nitrogênio = 4 kg/m³ ; encontramos x B:
Assumindo que xA é zero na superfície, logo temos:
Logo a distância será:
CA CBxB X A
J
− = +   
3 3
11 2
7 2
4 / 2 /0 (6.10 / ) *
1,2.10 / .8
kg m kg mxB m s
kg m
−
−
 −
= +  
 
3
11
7
2 /6.10 *
1,2.10
kg mxB − −
 
=  
 
31.10xB m−=
1xB mm=
UNIDADE 2
TÓPICO 1
1	 Um	objeto	de	160	g	de	massa	repousa,	durante	um	minuto,	sobre	a	
superfície	de	uma	placa	de	30	cm	de	espessura	(L)	e,	ao	final	desse	
experimento,	percebe-se	que	o	volume	do	objeto	é	1%	superior	ao	
inicial.	A	base	da	placa	é	mantida	em	195	ºC,	e	nota-se	que	a	sua	su-
perfície	permanece	em	175	ºC.	A	fração	de	energia,	em	percentagem,	
efetivamente	utilizada	para	deformar	a	peça	é:
Dados:
•	 Condutividade térmica da placa (K): 50 w/m°C
•	 Calor específico do objeto (c): 432 J/kg°C
•	 Coeficiente de dilatação linear(α): 1,6.10–5 ºC–1
•	 Área da placa (A): 0,6 m2
•	
FONTE: <http://bit.ly/32kGmD1>. Acesso em: 16 abr. 2019.
14
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
R.: Q= 14376,96 J, correspondente a 12% do calor total (120000J).
2	 Assinale	a	alternativa	CORRETA	a	respeito	da	Lei	de	Fourrier:
a) ( ) A Lei de Fourier determina a quantidade de calor trocada entre duas 
regiões de uma superfície em função de suas dimensões.
b)	(x)	A	Lei	de	Fourier	determina	o	fluxo	de	calor	entre	duas	regiões	de	
uma	superfície	em	função	de	suas	dimensões.
c) ( ) A Lei de Fourier mostra que o fluxo de calor entre duas regiões de 
uma superfície independe de suas dimensões.
d) ( ) Na lei de Fourier, o fluxo de calor e a condutividade térmica do material 
que compõe a superfície são inversamente proporcionais.
e) ( ) Todas as alternativas anteriores estão incorretas.
FONTE: <http://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-lei-fourier.
htm#questao-1>. Acesso em: 16 abr. 2019.
3	 Determine	o	calor	transferido	por	m²	de	área	de	parede	para	o	caso	de	
um	forno	com	ar	no	interior	a	1340	°C.	A	parede	do	forno	é	composta	
de	uma	camada	de	0,106	m	de	 tijolos	 refratários	 (k=1,13W/mK)	e	de	
0,635	cm	de	aço	(k=39	W/mK)	na	superfície	externa.	Os	coeficientes	de	
transferência	de	calor	convectivo	nas	superfícies	interna	e	externa	são,	
respectivamente,	5110Wm²K-¹	e	45Wm²K-¹.	O	externo	está	a	295	°C.	
FONTE: <https://pt.scribd.com/document/168884777/EXERC-TRANSF-CALOR-pdf>. Acesso 
em: 16 abr. 2019.
R.: 11092,38 Wm²
4	 A	parede	de	um	 incubador	de	ovos	é	 composta	por	uma	camada	
de	 fibra	 de	 vidro	 (k=0,035W/mK)	 de	 8	 cm	 entre	 duas	 camadas	 de	
fórmica	de	1	cm	cada	uma	(k=0,11W/mK).	Do	lado	de	fora	a	tempe-
ratura	é	TC =	10	ºC	e	o	coeficiente	de	troca	de	calor	do	lado	externo	
do	incubador	é	hc = 5 W/m²K.	Do	lado	interno,	a	temperatura	é	Th=	40	°C	e	devido	um	ventilador	forçar	o	ar	internamente	sobre	os	ovos,	o	
coeficiente	de	troca	convectiva	é	hc = 20 W/m²K.
15
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
a) Calcule o fluxo de calor através da parede do incubador.
b) Considerando que a incubadora seja como uma caixa de 2 m de largura 
x 5 m de comprimento x 4 m de altura, calcule o calor total perdido através 
das paredes laterais mais a superior.
FONTE: <https://pt.scribd.com/document/168884777/EXERC-TRANSF-CALOR-
pdf>. Acesso em: 16 abr. 2019.
R.: a) 11,03W m²
 b) 750,05W
TÓPICO 2
1	 Indique	a	alternativa	que	associa	corretamente	o	tipo	predominante	
de	 transferência	de	calor	que	ocorre	nos	 fenômenos,	na	seguinte	
sequência: 
•	 Aquecimento de uma barra de ferro quando sua extremidade é colocada 
numa chama acesa.
•	 Aquecimento do corpo humano quando exposto ao sol.
•	 Vento que sopra da terra para o mar durante a noite. 
a) ( ) convecção – condução – radiação. 
b) ( ) convecção – radiação – condução. 
c) ( ) condução – convecção – radiação. 
d)	(x)	condução	–	radiação	–	convecção.	
e) ( ) radiação – condução – convecção.
FONTE: <http://pessoal.educacional.com.br/up/4660001/6249852/lista_5_etapa_3_IGL_
fisica_GABARITO.pdf>. Acesso em: 16 abr. 2019.
2	 Assinale	a	alternativa	CORRETA	a	respeito	do	fenômeno	da	convec-
ção:
a) ( ) A convecção é caracterizada pela passagem de calor de molécula a 
molécula de um material.
b) ( ) Esse fenômeno é o único responsável pela ocorrência do efeito 
estufa.
c) ( ) Esse fenômeno é caracterizado pelo transporte de calor através das 
ondas eletromagnéticas.
16
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
d)	(	x	)	A	 convecção	 pode	 ser	 definida	 como	 o	 transporte	 de	 massa	
motivado	por	variações	de	temperatura.
e) ( ) A convecção ocorre em qualquer tipo de material.
FONTE: <https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre 
conveccao.htm#resposta-4826>. Acesso em: 16 abr. 2019.
3	 Ar	atmosférico	a	20	ºC	e	1	m/s	escoa-se	sobre	uma	parede	quadrada	
de	1	m	x	1	m.	A	temperatura	da	parede	é	40	ºC.	Calcule	a	taxa	de	calor	
transferido	da	parede	para	o	ar.
FONTE: Oliveira (2014, p. 11)
R.: Q= 77W.
4	 Ar	a	20°C	e	1	atm	escoa	sobre	uma	placa	plana	a	35m/s.	A	placa	tem	
75	cm	de	comprimento	e	é	mantida	a	60	°C.	Calcule	a	taxa	de	calor	
transferida	da	placa.
FONTE: <http://www.usp.br/sisea/wp-content/uploads/2015/10/AULA15.pdf>. Acesso em: 16 
abr. 2019.
R: 2238W
5	 Um	fluido	escoa	sobre	uma	placa	plana	isotérmica.	O	comprimento	da	
placa	é	ajustado	de	forma	que	o	número	de	Reynolds	na	extremidade	
final	seja	5x10³	e	a	velocidade	do	fluido	1	m/s.	Determine	a	espessura	
das	camadas	limites	hidrodinâmica	e	térmica	se	o	fluido	for:
a) Ar a 20 ºC.
b) Água a 50 ºC.
c) Óleo a 140 ºC.
R.: a) Espessura hidrodinâmica = 5,3
 Espessura térmica = 5,8
b) Espessura hidrodinâmica = 0,2
Espessura térmica = 0,1
c) Espessura hidrodinâmica = 3.7
Espessura térmica = 0,7
FONTE: <http://www.fem.unicamp.br/~em524/Textos_Transparencias/CAP_6/AULA-20.pdf>. 
Acesso em: 16 abr. 2019.
17
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
TÓPICO 3
1	 Cite	as	diferenças	entre	absorção,	reflexão	e	transmissão.
R.: Absorção é a parte da luz que se transforma em outro tipo de energia. 
É o que pode acontecer nos aquecedores solares. A reflexão ocorre quando 
a luz incide em uma superfície refletora e se mantém no mesmo meio, 
sofrendo mudança na direção de propagação. A transmissão ocorre quando 
a luz atravessa uma superfície ou objeto.
2	 Para	que	serve	a	lei	de	Stefan-Boltzmann?
R.: A lei de Stefan-Boltzmann permite calcular a quantidade de radiação 
emitida em todas as direções e ao longo de todos os comprimentos de onda 
a partir da temperatura do corpo negro.
3	 Uma	panela	com	água	está	sendo	aquecida	num	fogão.	O	calor	das	
chamas	se	transmite	através	da	parede	do	fundo	da	panela	para	a	
água	que	está	em	contato	com	essa	parede	e	daí	para	o	restante	da	
água.	Na	ordem	desta	descrição,	o	calor	se	transmitiu	predominan-
temente	por:
a) ( ) radiação e convecção.
b) ( ) radiação e condução.
c) ( ) convecção e radiação.
d)	(x)	 condução	e	convecção.
e) ( ) condução e radiação. 
FONTE: <https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-
transmissao-energia-termica.htm>. Acesso em: 16 abr. 2019.
4	 Num	dia	quente,	você	estaciona	o	carro	num	trecho	descoberto	e	
sob	um	sol	causticante.	Sai	e	fecha	todos	os	vidros.	Quando	volta,	
nota	que	“o	carro	parece	um	forno”.	Esse	fato	se	dá	porque:
a)	(x)	o	vidro	é	transparente	à	luz	solar	e	opaco	ao	calor. 
b) ( ) o vidro é transparente apenas às radiações infravermelhas. 
c) ( ) o vidro é transparente e deixa a luz entrar. 
d) ( ) o vidro não deixa a luz de dentro brilhar fora. 
e) ( ) Nenhuma das alternativas.
FONTE: <https://exercicios.mundoeducacao.bol.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-
transmissao-energia-termica.htm>. Acesso em: 16 abr. 2019.
18
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
UNIDADE 3
TÓPICO 1
1	 Um	copo	de	água	está	à	temperatura	ambiente	de	30	°C.	Joana	co-
loca	cubos	de	gelo	dentro	da	água.	A	análise	desta	situação	permite	
afirmar	que	a	temperatura	da	água	irá	diminuir	porque:
a) ( ) O gelo irá transferir frio para a água.
b)	(x)	A	água	irá	transferircalor	para	o	gelo.
c) ( ) O gelo irá transferir frio para o meio ambiente.
d) ( ) A água irá transferir calor para o meio ambiente.
FONTE: <https://www.mundovestibular.com.br/articles/7291/1/Exercicios-de-
Calorimetria/Paacutegina1>. Acesso em: 17 abr. 2019.
2	Um	menino	inglês	mediu	sua	temperatura	com	um	termômetro	gra-
duado	na	escala	Fahrenheit	e	encontrou	96,8	°F.	Esse	menino	está:
a) ( ) Com febre alta, mais de 39 °C.
b) ( ) Com temperatura menor que 36 °C.
c)	(	x)	Com	a	temperatura	normal	de	36	°C.
d) ( ) Com temperatura de 38 °C.
e) ( ) Com temperatura de 34,6 °C. 
FONTE: <https://www.mundovestibular.com.br/articles/7291/1/Exercicios-de-
Calorimetria/Paacutegina1>. Acesso em: 17 abr. 2019.
3	 O	 tipo	de	 panela	mais	 recomendado,	 por	 questões	 de	 saúde,	 é	 a	
panela	de	aço	inox.	Entretanto,	o	aço	inox	tem	uma	baixa	condutivi-
dade	térmica.	Para	solucionar	este	problema,	os	fabricantes	fazem	
uso	de	um	difusor	de	calor,	geralmente	de	alumínio,	cujo	objetivo	é	
melhorar	a	condutividade	e	homogeneizar	a	transferência	de	calor	
no	fundo	da	panela.
Dados:
•	 Condutividade térmica do alumínio = 60 cal/s.m.°C.
•	 Calor latente de vaporização da água = 540 cal/g.
•	 Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g.
•	 Calor específico da água = 1 cal/g.°C.
•	 Calor específico do gelo = 0,5 cal/g.°C.
19
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
TÓPICO 2
1	Um	trocador	de	calor	de	escoamento	cruzado	em	único	passe	com	
ambos	os	fluidos	sem	mistura	tem	água	que	entra	no	tubo	a	16	°C	e	
o	deixa	a	33	°C,	enquanto	o	óleo	(Cp	=	1,93	kJ/kg.°C	e	ῤ	=	870	kg/m³)	
que	flui	a	0,19	m³	/min	entra	a	38	°C	e	o	deixa	a	29	°C.	Considerando	
que	a	superfície	da	área	do	trocador	de	calor	é	20	m²,	determine	o	
valor	do	coeficiente	global	de	transferência	de	calor.	
Com	relação	ao	exposto,	marque	V	para	as	sentenças	verdadeiras	e	F	
para	as	falas: 
a) (V) O fluxo de calor através do difusor depende da sua geometria, do 
material e da diferença de temperatura entre as faces inferior e superior.
b) (F) Supondo que a face inferior do difusor está a 105 °C e a face superior 
está a 100 °C, o fluxo de calor através do difusor é 1,8 cal/s.
c) (F) O fundo da panela aquece a água colocada no seu interior 
unicamente por convecção, que envolve o transporte de matéria de uma 
região quente para uma região fria e vice-versa.
d) (V) O calor recebido por uma substância dentro da panela pode causar 
mudança de temperatura, mudança de fase ou ambas.
e) (F) Supondo um fluxo de calor através do fundo da panela de 2,0 kcal/s, 
e que dentro dela foi colocado 150 g de gelo a -10 °C, serão necessários 
aproximadamente 6,4 segundos para fundir 2/3 do gelo.
f) (F) O difusor de alumínio é aquecido por radiação proveniente da chama 
da boca do fogão.
4	 Um	amolador	de	facas,	ao	operar	um	esmeril,	é	atingido	por	fagu-
lhas	incandescentes,	mas	não	se	queima.	Isso	acontece	porque	as	
fagulhas:
a) ( ) Têm calor específico muito grande.
b) ( ) Têm temperatura muito baixa.
c)	(	x)	Têm	capacidade	térmica	muito	pequena.
d) ( ) Estão em mudança de estado.
e) ( ) Não transportam energia.
FONTE: <https://brainly.com.br/tarefa/2515404>. Acesso em: 17 abr. 2019.
20
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
R.: 340,36 W/m²°C.
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2215440>. Acesso em: 17 abr. 
2019.
2	 Um	trocador	de	calor	de	casco	e	 tubo	com	dois	passes	no	casco	
e	oito	passes	no	tubo	é	utilizado	para	aquecer	álcool	etílico	(Cp	=	
2670	J/kg°C)	nos	tubos	de	25	°C	para	70	°C	a	uma	taxa	de	2,1	kg/s.	O	
aquecimento	deve	ser	feito	com	água	(Cp	=	4190	J/kg°C),	que	entra	
no	lado	do	casco	a	95	°C	e	o	deixa	a	45	°C.	Considerando	que	o	co-
eficiente	global	de	transferência	de	calor	é	950	W/m²°C,	determine	a	
superfície	de	transferência	de	calor	do	trocador	de	calor.	
R.: 13,94 m².
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2215440>. Acesso em: 17 abr. 
2019.
3	 Um	 trocador	de	 calor	 contracorrente	de	 tubo	duplo	deve	aquecer	
água	de	20	°C	a	80	°C	a	uma	taxa	de	1,2kg/s.	O	aquecimento	é	obti-
do	por	água	geotérmica	disponível	a	160	°C	com	vazão	mássica	de	
2	kg/s.	O	 tubo	 interno	 tem	uma	parede	fina	e	diâmetro	de	1,5	cm.	
Considerando	que	o	coeficiente	global	de	transferência	de	calor	do	
trocador	 é	 640	W/m²°C,	 determine	 o	 comprimento	 do	 trocador	 de	
calor	necessário	para	alcançar	o	aquecimento	desejado.
R.: 109 m.
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2215440>. Acesso em: 17 abr. 2019.
4	 Um	teste	é	realizado	para	determinar	o	coeficiente	global	de	trans-
ferência	de	calor	em	um	 trocador	de	calor	de	casco	e	 tubos	para	
óleo-água	que	tem	24	tubos	de	diâmetro	interno	de	1,2	cm	e	2	m	de	
comprimento	em	um	único	casco.	A	água	fria	(Cp	=	4180	J/kg.°C)	en-
tra	nos	tubos	a	20	°C,	a	uma	taxa	de	3	kg/s,	e	os	deixa	a	55	°C.	O	óleo	
(Cp	=	2150	J/kg.°C)	escoa	através	do	casco	e	é	resfriado	de	120	°C	
para	45	°C.	Determine	o	coeficiente	global	de	transferência	de	calor	
U	desse	trocador	de	calor	com	base	na	superfície	interna	dos	tubos.
R.: 8,31 kW/m²°C.
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2215440>. Acesso em: 17 abr. 
2019.
21
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
5	 Um	trocador	de	calor	de	fluxo	cruzado	de	único	passe	é	utilizado	
para	resfriar	a	água	(Cp	=	4,18	kJ/kg°C)	de	um	motor	diesel	de	90	°C	
para	60	°C,	usando	ar	(Cp	=	1,02	kJ/kg°C)	com	temperatura	de	entra-
da	de	30	°C.	Ambos	os	escoamentos	(de	ar	e	de	água)	não	mistura-
dos.	Considerando	que	as	taxas	de	vazão	mássica	de	água	e	ar	são	
42000	kg/h	e	180000	kg/h,	 respectivamente,	determine	a	diferença	
média	logarítmica	de	temperatura	para	esse	trocador	de	calor.	
R.: 28,2 °C.
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2215440>. Acesso em: 17 abr. 
2019.
6	 Vapor	no	condensador	de	uma	termoelétrica	deve	ser	condensado	
a	uma	temperatura	de	30	°C	com	água	de	refrigeração	de	um	lago	
próximo	que	entra	nos	tubos	do	condensador	a	14	°C	e	os	deixa	a	
22	°C.	A	superfície	dos	tubos	tem	45	m²,	e	o	coeficiente	global	de	
transferência	de	calor	é	2100	W/m²°C.	Determine	a	vazão	mássica	
necessária	da	água	de	resfriamento	e	do	vapor	no	condensador.
R.: 32,5 kg/s; 0,45 kg/s.
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2215440>. Acesso em: 17 abr. 
2019.
7	 Um	 trocador	 de	 calor	 contracorrente	 de	 tubo	 duplo	 deve	 aquecer	
água	de	20	°C	a	80	°C	a	uma	taxa	de	1,2	kg/s.	O	aquecimento	é	obtido	
por	água	geotérmica	disponível	a	160°C	com	vazão	mássica	de	2kg/s.	
O	tubo	interno	tem	parede	fina	e	diâmetro	de	1,5	cm.	O	coeficiente	
global	de	 transferência	de	calor	do	 trocador	de	calor	é	640W/m²°C.	
Usando	o	método	da	efetividade	NTU,	determine	o	comprimento	do	
trocador	de	calor	necessário	para	alcançar	o	aquecimento	desejado.
R.: 1,08 m.
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2215440>. Acesso em: 17 abr. 
2019.
8	 Considere	um	trocador	de	calor	de	fluxo	cruzado	de	único	passe	com	
ambos	os	fluidos	não	misturados.	A	água	entra	no	tubo	a	16	°C	e	o	
deixa	33	°C,	enquanto	o	óleo	(Cp	=	1,93	kJ/kg°C	e	ῤ	=	870	kg/m³	)	que	
flui	a	0,19	m³/min	entra	no	tubo	a	38	°C	e	o	deixa	a	29	°C.	Conside-
rando	que	a	superfície	da	área	do	trocador	de	calor	tem	20	m²	,	pelo	
método	NUT,	determine:
22
PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
a) O valor de NTU.
R.: 2,39
b) O valor do coeficiente global de transferência de calor.
R.: 336 W/m² °C.
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2215440>. Acesso em: 17 abr. 
2019.
9	 Um	trocador	de	calor	de	casco	e	tubos	com	um	passe	no	casco	e	
quatro	passes	nos	 tubos	deve	 resfriar	óleo	à	 taxa	de	1kg/s	 (Cp	=	
2100J/kg°C)	de	90	°C	até	40	°C,	com	água	(Cp	=	4180J/kg°C)	entran-
do	a	19	°C,	à	taxa	de	1kg/s.	O	coeficiente	global	é	U	=	250	W/m²°C.	
Calcule	a	área	de	troca	de	calor	necessária,	a	partir	do	método	NUT.
R.: 16,8 m².
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2215440>. Acesso em: 17 abr. 
2019.
10	Um	trocador	de	calor	de	escoamento	cruzado	ar-águacom	eficiên-
cia	de	0,65	é	utilizado	para	aquecer	água	(Cp	=	4180J/kg°C)	com	ar	
quente	(Cp	=	1010	J/kg°C).	A	água	entra	no	trocador	de	calor	a	20	
°C,	a	uma	taxa	de	4kg/s,	enquanto	o	ar	entra	a	100	°C	a	uma	taxa	de	
9kg/s.	 Considerando	 que	 o	 coeficiente	 global	 de	 transferência	 de	
calor	baseado	no	 lado	da	água	é	260W/m²°C,	determine	a	área	da	
superfície	de	 transferência	do	 trocador	de	calor	no	 lado	da	água.	
Considere	ambos	os	fluidos	sem	mistura.	
R.: 52,4 m². 
FONTE: <https://edisciplinas.usp.br/mod/resource/view.php?id=2215440>. Acesso em: 17 abr. 
2019.