Ficha de exercícios 1

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Ph.D Eng º Má rio Ven tu ra Mon dlan e 
 
 
 Departamento de Engenharia Mecânica 
Curso de Engenharia Termotécnica 
 
DISCIPLINA: TRANSFERÊNCIA DE CALOR E MASSA 
Ficha de exercícios de consolidação: I 
 
Aplicando os conhecimentos adquiridos sobre as leis que regem a 
transferencia de calor, responda as questões colocadas. Discuta suas 
soluções e tire suas conclusões. 
1- Os gases quentes da combustão de uma fornalha são separados do ar 
ambiente e de sua vizinhança, que estão a 25ºC, por uma pared e de tijolos 
de espessura 0,15m. O tijolo tem a condutividade térmica de 1,2W/mK e 
emissividade superficial de 0,8. Em condições de regime permanente, a 
temperatura da superfície externa vale 100ºC. A transferência de calor por 
convecção livre para o ar adjacente à superfície é caracter izada pelo 
coeficiente de convecção h=20W/m
2
K. Qual a temperatura da superfície 
interna do tijolo? 
 
 
2-Considerando que a base do ferro de passar roupa doméstico possui 
uma espessura L de 0,5 cm , e uma área de 300 cm
2
, o material de ferro 
com condutividade térmica, é 15 W/m
0
C. A superfície interna da placa é 
aquecida por uma resistência de 1200 W e a superfície externa ocorre uma 
transporte de calor por convecção a vizinhança com T∞ = 20°C como 
apresentado na figura abaixo. Considerando um coeficiente de 
transferência de calor por convecção, h = 80 W/m2°C , e que a transporte 
de calor por radiação é desprezível, calcule a distribuição de temperatura 
ao longo da placa e a temperatura da superfície interna e externa. 
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Premissas:1-Estado estacionário ; 2-A condução e calor é 
unidimensional; 3-As propriedades físicas constantes ; 4-Sem geração 
interna de energia e 5-A isolação térmica na superfície interna é 
perfeitamente adiabático . 
 
3- Considere uma parede plana de espessura 2,5 cm como mostrado na 
figura abaixo, atravessada por um fluxo de calor de 3kW, temperatura 
superficial de um dos lados T1=415ºC. A condutivid ade térmica do 
material da parede é de 0,2 W/m.K, a uma área de 10m
2
. Determine a 
temperatura superficial, T2. 
PREMISSAS: 
.Condução unidimensional na direção x. 
 .Condições de estado estacionário. 
.Propriedades constantes. 
 
 
4-Considere uma grande parede plana de espessura L=0,2 m, 
condutividade térmica k=1,2 W/mºC e área A= 15m
2
. Os dois lados da 
parede são mantidos a temperaturas constantes de T1 = 120ºC e T2 = 
50°C, respectivamente, como mostrado na f igura abaixo. Determine: 
a) a variação de temperatura na parede e o valor da temperatura em x 
= 0,1 m. 
b) a taxa de condução de calor pela parede sob condições 
permanentes. 
 
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Suposições: 1 A condução de calor é permanente. 2 A condução de calor 
é unidimensional, já que as superfícies consideradas na parede são 
extensas em relação à sua espessura e as condições térmicas em ambos os 
lados são uniformes. 3 A condutividade térmica é constante. 4 Não há 
geração de calor. 
 
5-A base, com 5 mm de espessura, de uma panela com diâmetro de 200 
mm pode ser feita com ferro fundido (k=80,2 W/(m K)) ou cobre (k=390 
W/(mK)). Quando usada para ferver água, a superfície da base exposta à 
água encontra-se a 110ºC. 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? 
 
 
6 Uma caixa transmissora, medindo w=0,3 m de lado, recebe uma entrada 
de potência de Pen t=150 HP fornecida por um motor elétrico. Sendo a 
eficiência de transmissão η=0,93; com o escoamento do ar caracterizado 
por T∞=30ºC e h = 200 W/(m
2
K). Nessas condições, pede-se qual é a 
temperatura superficial da caixa de transmissão? 
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6.1 Considere a caixa de transmissão do problema anterior, mas agora 
permita a troca por radiação com a sua vizinhança, que pode ser 
aproximada por um grande envoltório a Tviz =30ºC. Sendo a 
emissividade da superfície da caixa a ε=0,8, qual é a sua temperatur a? 
 
 
 
7 A distribuição de temperaturas ao longo de uma parede com espessura 
de 1 m, em determinado instante de tempo, é dada por . 
na qual T está em graus Celsius e x em metros, enquanto a = 900°C, b = 
−300°C/m, e c = −50°C/m2. Uma geração de calor uniforme, = 1000 
W/m3, está presente na parede, cuja área é de 10 m2. O seu material 
apresenta as seguintes propriedades: ρ = 1600 kg/m3, k = 40 W/(m · K) e 
cp = 4 kJ/(kg · K). 
 
a)Determine a taxa de transferência de calor que entra na parede (x = 0) e 
que deixa a parede (x = 1 m). 
b)Determine a taxa de variação da energia acumulada na parede. 
c)Determine a taxa de variação da temperatura em relação ao tempo nas 
posições x= 0; 0,25 e 0,5 m. 
 
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Considerações: 
.Condução unidimensional na direção x . 
.Meio isotrópico com propriedades constantes. 
.Geração de calor interna uniforme, (W/m3).