Problemas de Transferência de Calor

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FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA 
Curso de Engenharia de Produção 
 
 
 
1. Uma parede de concreto, área superficial de 20 m2 e espessura de 0.30 m, separa uma sala de ar 
condicionado do ar ambiente. A temperatura da superfície interna da parede é mantida a 25ºC, e a 
condutividade térmica do concreto é 1W/m.K. Determine a perda de calor através da parede para as 
temperaturas ambientes internas de – 15 ºC e 38 ºC que correspondem aos extremos atingidos no 
inverno e no verão. 
 
2. Chips, com L = 15 mm de lado, são montados em um substrato que se encontra Instalado em uma 
câmera cujas paredes e o ar interior são mantidos à temperatura de Tviz = T = 25 C. Os chips têm 
uma emissividade  = 0,60 e a Temperatura máxima permitida de Ts = 85 C. 
a) Se o calor é descartado pelo chip por radiação e convecção natural, qual a potência operacional 
máxima de cada chip? O coeficiente convectivo depende da diferença entre as temperaturas do 
chip e o ar e pode ser aproximada por h = c = , onde c = 4,2 W/(m2.K5/4). 
b) Se um ventilador for usado para manter o ar no interior da câmara em movimento e a transferência 
de calor for forçada com h = 250 W/(m2/K), qual será a potência operacional máxima 
 
3. A base, com 5 mm de espessura, de uma panela com diâmetro de 200 mm pode ser feita com alumínio 
(k = 240 W/(m · K)) ou cobre (k = 390 W/(m · K)). Quando usada para ferver água, a superfície da 
base exposta à água encontra-se a 110 °C. Se calor é transferido do fogão para a panela a uma taxa de 
600 W, qual é a temperatura da superfície voltada para o fogão para cada um dos dois materiais? 
 
4. Você vivenciou um resfriamento por convecção se alguma vez estendeu sua mão para fora da janela 
de um veículo em movimento ou a imergiu em uma corrente de água. Com a superfície de sua mão a 
uma temperatura de 30 °C, determine o fluxo de calor por convecção para (a) uma velocidade do 
veículo de 35 km/h no ar a −5 °C com um coeficiente convectivo de 40 W/(m2 · K), e para (b) uma 
corrente de água com velocidade de 0,2 m/s, temperatura de 10 °C e coeficiente convectivo de 900 
W/(m2 · K). Qual a condição que o faria sentir mais frio? Compare esses resultados com uma perda 
de calor de aproximadamente 30 W/m2 em condições ambientais normais. 
 
 
5. Um equipamento condicionador de ar deve manter uma sala, de 15 m de comprimento, 6 m de largura 
e 3 m de altura a 22 oC. As paredes da sala, de 25 cm de espessura, são feitas de tijolos com 
condutividade térmica de 0,14 Kcal/h.m.oC e a área das janelas são consideradas desprezíveis. A face 
externa das paredes pode estar até a 40 oC em um dia de verão. Desprezando a troca de calor pelo piso 
e teto, que estão bem isolados, pede-se o calor a ser extraído da sala pelo condicionador ( em HP ). 
Dado: 1HP = 641,2 Kcal/h. 
 
 
 
 
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO FÊNOMENOS DE TRANSPORTE II 
 
LISTA 1 – Tópicos 1_2_3 CIT0084-2024/1 
Professora: Dra. Fernanda Dias Troysi 
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6. As superfícies internas de um grande edifício são mantidas a 20 °C, enquanto que a temperatura na 
superfície externa é -20 °C. As paredes medem 25 cm de espessura, e foram construidas com tijolos de 
condutividade térmica de 0,6 kcal/hm°C. 
a) Calcular a perda de calor para cada metro quadrado de superfície por hora. 
b) Sabendo-se que a área total do edifício é 1000 m2 e que o poder calorífico do carvão é de 5500 kcal/Kg, 
determinar a quantidade de carvão a ser utilizada em um sistema de aquecimento durante um período de 
10 h. Supor o rendimento do sistema de aquecimento igual a 50%. 
 
7. Uma superfície com área de 0,5 m² , emissividade igual a 0,8 e temperatura de 150ºC é colocada no 
interior de uma grande câmara de vácuo cujas paredes são mantidas a 25ºC. Determine a taxa de 
emissão de radiação pela superfície? 
 
8. A parede de um forno industrial é construída com tijolo refratário com 0,15 m de espessura, cuja 
condutividade térmica é de 1,7 W/(m · K). Medidas efetuadas ao longo da operação em regime 
estacionário revelam temperaturas de 1400 e 1150 K nas paredes interna e externa, respectivamente. 
Qual é a taxa de calor perdida em uma parede que mede 0,5 m × 1,2 m? 
 
 
9. Um circuito integrado (chip) quadrado com lado w = 5 mm opera em condições isotérmicas. O chip 
está alojado no interior de um substrato de modo que suas superfícies laterais e inferior estão bem 
isoladas termicamente, enquanto sua superfície superior encontra-se exposta ao escoamento de uma 
substância refrigerante a T∞ = 15°C. A partir de testes de controle de qualidade, sabe-se que a 
temperatura do chip não deve exceder a T= 85°C. Se a substância refrigerante é o ar, com coeficiente 
de transferência de calor por convecção correspondente de h= 200 W/m².K. Determine a potência 
máxima que pode ser dissipada pelo chip. 
 
 
10. Humanos são capazes de controlar suas taxas de produção de calor e de perda de calor para manter 
aproximadamente constante a sua temperatura corporal de Tc = 37 °C, sob uma ampla faixa de 
condições ambientais. Este processo é chamado de termorregulação. Com a perspectiva de calcular a 
transferência de calor entre um corpo humano e sua vizinhança, focamos em uma camada de pele e 
gordura, com sua superfície externa exposta ao ambiente e sua superfície interna a uma temperatura 
um pouco abaixo da temperatura corporal, Ti = 35 °C = 308 K. Considere uma pessoa com uma camada 
de pele/gordura com espessura L = 3 mm e com condutividade térmica efetiva k = 0,3 W/(m · K). A 
pessoa tem uma área superficial A = 1,8 m2 e está vestindo roupa de banho. A emissividade da pele é 
ε = 0,95. 
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a) Estando a pessoa no ar em repouso a T∞ = 297 K, qual é a temperatura superficial da pele e a taxa de 
perda de calor para o ambiente? A transferência de calor por convecção para o ar é caracterizada por 
um coeficiente de convecção natural h = 2 W/(m² · K). 
b) Estando a pessoa imersa em água a T∞ = 297 K, qual é a temperatura superficial da pele e a taxa de 
perda de calor? A transferência de calor para a água é caracterizada por um coeficiente de convecção 
h = 200 W/(m² · K). 
 
11. Calor é transferido de uma fornalha para uma máquina térmica a uma taxa de 80 MW. Considerando 
que a taxa na qual calor é rejeitado para um rio próximo é de 50 MW, determine a potência liquida 
produzida e a eficiência térmica da máquina. 
 
12. (Adaptada ENADE 2014) Um ambiente termicamente confortável é uma das condições que devem ser 
consideradas em projetos de edificações. A fim de projetar um ambiente interno com temperatura de 
20°C para uma temperatura externa média de 35°C, um engenheiro considerou, no dimensionamento, 
um fluxo de calor através de uma parede externa de 105 W/m², conforme ilustra a figura abaixo: 
 
 
 
A fim de se obter a temperatura interna desejada, qual deve ser o material selecionado, entre os apresentados 
na tabela acima, para composição da parede externa? Represente numericamente e justifique sua resposta. 
 
 
13. Ao analisar o desempenho de um sistema térmico, o engenheiro tem que ser capaz de identificar os 
processos de transferência de calor relevantes. Somente então o comportamento do sistema pode ser 
devidamente quantificado. Nos sistemas a seguir, identifique os processos pertinentes, indicando-os 
com setas apropriadamente identificadas em um esquema do sistema. 
 
a) Identifique os processos de transferência de calor que determinam a temperatura de uma pavimentação 
em asfalto em um dia de verão. Escreva um balanço de energia para a superfície do pavimento. 
 
b) Há interesse considerável no desenvolvimento de materiais de construção que tenham boa qualidade 
de isolamento térmico. O desenvolvimento de tais materiais teria como efeito a melhoria da 
conservação de energia ao reduzir as necessidades de aquecimento de ambientes. Foisugerido que 
melhores qualidades estruturais e de isolamento poderiam ser obtidas pelo uso do material compósito 
mostrado. O material é constituído por uma colmeia com células de seção transversal quadrada entre 
duas chapas sólidas. Há ar no interior das células e as chapas, assim como a matriz da colmeia, são 
fabricadas com plásticos de baixa condutividade térmica. Para a transferência de calor normal às 
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chapas, identifique todos os processos de transferência de calor pertinentes ao funcionamento do 
material compósito. Sugira formas para melhorar este desempenho. 
 
 
 
 
14. O copo Stanley refere-se a uma linha popular de produtos 
isolados e duráveis, fabricados pela marca Stanley, que tem sido 
reconhecida por suas garrafas térmicas, canecas e copos 
isolados. A história da marca, remota ao início do século XX, 
quando William Stanley Jr., inventou uma garrafa térmica com 
isolamento a vácuo que se tornou base para o sucesso da 
empresa. Considerando as informações apresentadas e com 
relação as características da garrafa térmica selecionada, e 
considerando que o recipiente está fechado e cheio de água a 
alta temperatura, e encontra-se em uma sala cujo ar e paredes 
estão a uma temperatura fixa. Identifique através de um 
esquemático, todos os processos de transferência de calor que 
contribuem para o resfriamento da água. Comente sobre 
características que contribuiriam para um melhor projeto do 
recipiente.