Lista_1_de_Exercicios_de_Fenomenos_de_Tr

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Lista de Exercícios de Fenômenos de Transferência 
Prof. Josimar F. da Silva – josimarf.silva@outlook.com 
Conceitos básicos de Condução, Convecção e Radiação Térmica. 
Condução Térmica 
1- Uma taxa de calor de 3 kW é conduzida através de um material isolante com área de 
seção reta de 10 m² e espessura de 2,5 cm. Se a temperatura da superfície interna 
(quente) é de 415 °C e a condutividade térmica do material é de 0,2 W/m.K, qual a 
temperatura da superfície externa ? 
 
2- O fluxo de calor através de um bloco de madeira com espessura de 50 mm cujas 
temperaturas das superfícies internas e externas são de 40° C e 20° C, 
respectivamente, foi determinado com o valor de 40W/m2. Determine a condutividade 
térmica da madeira. 
 
3- As temperaturas das superfícies interna e externa de uma janela de vidro, com 
espessura de 5 mm, são de 15°C e 5°C,respectivamente. Qual é a perda de calor 
através e uma janela com dimensões de 1 m de largura por 3 m de altura? A 
condutividade térmica do vidro é igual a 1,4 W/m.K. 
 
4- A câmara de um freezer é um espaço cúbico com 2 m de lado. Considere o fundo 
como sendo completamente isolado. Qual a espessura mínima de um isolamento à 
base de espuma de poliestireno (k=0,030W/m . K) que deve ser aplicado nas paredes 
do topo e dos lados para garantir que a carga térmica que entra no freezer seja inferior 
a 500W quando a superfície interna e externa encontram-se a -10 e 35°C, 
respectivamente? 
 
 
5- Qual a espessura necessária para uma parede de alvenaria com condutividade térmica 
de 0,75 W/m . K se a taxa de transferência de calor através dessa parede de calor 
através dessa parede deve ser equivalente a 80% da taxa de transferência de calor 
através de uma parede estrutural com condutividade térmica de 0,25W/m . K e 
espessura de 100 mm? As superfícies de ambas as paredes estão sujeitas a mesma 
diferença de temperatura. 
Convecção Térmica 
6- Você experimenta um resfriamento por convecção toda vez que estende sua mão para 
fora da janela de um veículo em movimento ou que a imerge em uma corrente de 
água fria. Com a superfície de sua mão a uma temperatura de 30°C, determine o fluxo 
de calor por convecção para: 
 
 (a) o caso de um veículo a 35 km/h em meio ao ar a -5 °C e com coeficiente de 
transferência de calor por convecção de 40W/m2.K. 
 (b) uma corrente de água com velocidade de 0,2m/s, temperatura de 10°C e 
coeficiente de transferência por convecção de 900W/m2.K. 
mailto:josimarf.silva@outlook.com
Qual a condição que o faria sentir mais frio? Compare estes resultados com uma perda 
de calor de aproximadamente 30 W/m2 para condições ambiente normais. 
 
7- Ar a 40°C escoa por sobre um cilindro longo, com 25 mm de diâmetro, que possui um 
aquecedor elétrico no seu interior. Durante uma bateria de testes foram tomadas 
medidas da potência dissipada por unidade de comprimento do cilindro, P', necessária 
para manter a temperatura da superfície do cilindro em 300°C para diferentes 
velocidades V da corrente de ar, medidas em uma posição afastada da superfície. Os 
resultados obtidos foram os seguintes: 
 
Velocidade do ar, V (m/s) 1 2 4 8 12 
Potência, P' (W/m) 450 658 983 1507 1963 
 
Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção para cada velocidade. 
 
8- Um aquecedor elétrico de cartucho possui a forma de um cilindro com comprimento 
L=200mm e diâmetro externo De=20mm. Em condições normais de operação, o 
aquecedor dissipa 2kW, quando submerso em um corrente de água a 20°C, onde o 
coeficiente de transferência de calor por convecção é de h=5000W/m2 . K. 
Desprezando a transferência de calor a partir das extremidades do aquecedor, 
determine a sua temperatura superficial Tsup. 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°C, mas para o 
qual h=50W/m2 . K. Qual a temperatura superficial correspondente? Quais as 
conseqüências de tal evento? 
 
9- Um circuito integrado (chip) quadrado com lado w =5mm opera em condições 
isotérmicas. O chip está alojado no interior d um substrato de modo que as 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 T=85°C. 
 
Se a substância refrigerante é o ar, com coeficiente de transferência de calor por 
convecção correspondente de h=200W/m2 . K, qual a potência máxima que pode ser 
dissipada pelo chip? Se a substância refrigerante for um líquido dielétrico para o qual 
h=3.000W/m2 . K, qual a potência máxima dissipada pelo chip? 
Radiação Térmica 
 
10- Considere as condições do problema anterior. Com apenas transferência de calor por 
convecção para ar, achou-se que a potência máxima permitida para o circuito 
integrado (chip) era de 0,35W. Se a transferência líquida de calor por radiação da 
superfície do chip para uma grande vizinhança a 15°C também for considerada, qual é 
o aumento percentual na potência máxima que pode ser dissipada pelo chip? A 
emissividade da superfície do chip é de 0,9. 
 
 
11- Uma superfície com área de 0,5m2, emissividade de 0,8 e temperatura de 150°C é 
colocada no interior de uma grande câmara de vácuo cujas paredes são mantidas a 
25°C. Qual a taxa de emissão de radiação pela superfície? Qual a taxa radiante líquida 
trocada entre a superfície e as paredes da câmara? 
 
12- Uma sonda interplanetária esférica com 0,5 m de diâmetro contém dispositivos 
eletrônicos que dissipam 150 W. Se a superfície da sonda tem emissividade 0,8 e a 
sonda não recebe radiação de outras superfícies, qual a temperatura da superfície? 
 
 
 
 
 
RESPOSTAS 
1- 650,5 K 
2- 0,1 W/(m.K) 
3- 8400 W 
4- 1,08 cm em cada parede, exceto o fundo. 
5- 0,375 m 
6- A) 1400 W/m2 B)18000 W/m2. Situação b) 
7- h1=22,03 W/(m.K); h2= 32,21 W/(m.K); h4= 48,13 W/(m.K); h8= 73,85 W/(m.K); 
h12= 96,13 W/(m.K). 
8- água → 324,75 K; ar → 3467,6K. 
9- 0,35 W; 5,25 W. 
10- 3,57% 
11- 1452,2 W/m2; 546,5 W. 
12- 254,57 K.