Lista 5 - Aulas 7 e 8

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS 
Fenômenos de Transporte 6 
Profa. Karla Raphaela Braga de Melo 
Lista 5 – Aulas 7 e 8 – Transferência de calor 
1. A base plana de um ferro de passar roupas de 800 W 
de potência possui 6 mm de espessura e área de 160 
cm2. A condutividade térmica da liga metálica é 20 
W/(m.K). A superfície superior da base recebe o fluxo 
de calor proveniente das resistências de aquecimento 
localizadas no interior do ferro e quando operando em 
regime estacionário na condição de potência máxima, a 
superfície inferior (em contato com a tábua) encontra-
se a 85°C. Desprezando eventuais perdas de calor para 
o ambiente e para outras partes do ferro, pede-se: 
(a) Escreva a equação diferencial e as condições de 
contorno para a condução unidirecional que descreve a 
condução de calor através da base; 
(b) Obtenha a equação (literal) que descreve a variação 
de temperatura; 
(c) Estime a temperatura na superfície superior (em 
contato com o compartimento das resistências). 
Resposta: (c) 100 °C 
2. Fornos de batelada aquecidos eletricamente são 
comumente utilizados na indústria de tratamento 
térmico. Considere a frente de um forno feita de placa 
de aço de 20 mm de espessura e condutividade térmica 
de 25 W/mK. O forno está situado em uma área 
com temperatura do ar em torno de 20 °C e coeficiente 
médio de transferência de calor por convecção de 10 
W/m2K.Considerando que a superfície interna da parte 
frontal do forno é submetida a um fluxo de calor 
uniforme de 5 kW/m2 e a superfície externa tem 
emissividade de 0,30, determine a temperatura da 
superfície interna da frente do forno. 
Resposta: 598 K 
3. Considere uma extensa parede plana de espessura L 
0,3 m, condutividade térmica k 2,5 W/mK e área da 
superfície A = 12 m2. O lado esquerdo da parede em x= 
0 está sujeito a um fluxo de calor líquido de 700 W/m2, 
e sua temperatura é T1 = 80 °C. Considerando que a 
condutividade térmica é constante e não há geração de 
calor na parede: 
(a) expresse a equação diferencial e as condições de 
contorno para condução de calor unidimensional 
permanente através da parede 
 (b) obtenha a relação para a variação de temperatura na 
parede resolvendo a equação diferencial 
(c) avalie a temperatura na superfície direita da parede 
em x L. 
Resposta: (c) 4 °C 
4. Considere uma tubulação de vapor de comprimento 
L = 9 m, raio interno r1 = 5 cm, raio externo r2 = 6 cm 
e condutividade térmica k = 12,5 W/m°C. O vapor flui 
pelo tubo a uma temperatura média de 150 °C, e o 
coeficiente médio de transferência de calor 
por convecção na superfície interna é h 70 W/m² °C. 
Considerando que a temperatura média na superfície 
externa da tubulação é T2 = 80 °C: 
(a) expresse a equação diferencial e as condições de 
contorno para condução de calor unidimensional 
permanente através da tubulação 
(b) obtenha a relação para a variação da temperatura no 
tubo resolvendo a equação diferencial 
(c) avalie a taxa de perda de calor do vapor através da 
tubulação 
Resposta: (c) 13180 W 
5. Bolas de aço (k = 40W/m.K, cp=600/kg.K e ρ=7800 
kg/m³) com diâmetro de 12 mm são temperadas pelo 
aquecimento a 1150K seguida pelo resfriamento lento 
até 400K em um ambiente com ar a 325K e 
h=20W/m².K. Estime o tempo necessário para o 
processo de resfriamento. 
Resposta: 1122s 
6. Uma esfera sólida de metal de 10 cm de diâmetro [ 
= 8.954 kg/m3, Cp = 383 J/(kg.ºC), k = 400 W/m.ºC], 
inicialmente a uma temperatura uniforme T = 230ºC, é 
repentinamente imersa em um fluido bem agitado, que 
é mantido a uma temperatura uniforme T∞ = 40ºC. O 
coeficiente de calor entre a esfera e o fluido é h = 220 
W/m2.ºC. 
 a) Verifique se é possível aplicar a análise global do 
sistema. 
b) Se for possível, determine a temperatura da esfera de 
metal em t = 5, 10 e 20 minutos depois da imersão. 
Resposta: 100 ºC; 59 ºC; 42 ºC