FLUXO DE CALOR 2012.1

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FLUXO DE CALOR
APLICAÇÕES NA ENGENHARIA
Ф = K . A.Δt/e
O fluxo de calor através de uma placa de madeira com 50 mm de espessura, cujas temperaturas das superfícies interna e externa são 40 oC e 20 oC, respectivamente, foi determinado e é igual a 40 W/ m2 .Calcule o coeficiente de condutibilidade térmica no Sistema Internacional de Unidade. 
 
 
 
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 0C e a condutividade térmica do material é 0,2 W/m.K, calcule a temperatura da superfície externa.
Obs: Interpretar fisicamente o resultado obtido.
 
As temperaturas das superfícies interna e externa de uma janela de vidro, com espessura de 5 mm, são de 15 oC e 5 oC, respectivamente. Calcule a perda de calor através de uma janela com dimensões de 1 m de largura por 3 m de altura. Considere o coeficiente de condutibilidade térmica do vidro igual a 1, 4 W/m.k. 
Uma parede de tijolos e uma janela de vidro de espessura 180mm e 2,5mm, respectivamente, têm suas faces sujeitas à mesma diferença de temperatura. Sendo as condutibilidades térmicas do tijolo e do vidro iguais a 0,12 e 1,00 unidades SI, respectivamente, Calcule a razão entre o fluxo de calor conduzido por unidade de superfície pelo vidro e pelo tijolo.
Uma barra, isolada para evitar perdas de calor, é composta de duas partes, uma de cobre de 100 cm de comprimento cuja extremidade está imersa em água fervendo e a outra, de aço, de L2 cm de comprimento, cuja extremidade está imersa numa mistura de água e gelo, num ambiente cuja pressão atmosférica é normal. Cada uma das barras tem 4 cm2 de área transversal. A temperatura da junção aço-cobre é de 50 0C no estado estacionário. Calcule:
(a) O fluxo de calor ao longo da barra
 (b) Qual o valor de L2? 
Dados: Kaço = 39 Kcal/h.m.0c
 Kcobre = 332 Kcal/h.m.0c
Coloca-se um aquecedor elétrico dentro de uma caixa para manter a temperatura interna constante e superior à da superfície externa. Suponha que a potência do aquecedor necessária para manter a temperatura interna 60 0C acima da superfície externa seja de 120 W. Sendo 2 m2 a área total da caixa e a sua espessura de 0,04 m, calcule a condutibilidade térmica do material da caixa, nas unidades do Sistema Internacional de Unidades.
Determinar o fluxo de calor através de uma manta de feltro de espessura 10 cm e área (1,00 X 4,00) m2 cuja face quente esteja a 10 0C enquanto o meio ambiente encontra-se a 5 0C. Dado coeficiente de condutibilidade térmica do feltro K= 0,0001 cal/cm.s. 0C.
Um tanque de água é isolado com espuma de polimetano, de 12 mm de espessura, cujo coeficiente K é de 0,002 cal/s.cm. 0C. A área total da superfície é 18 m2 . A superfície interna do isolante está a temperatura de 20 0C e a externa a 8 0C. Calcule o fluxo térmico, em quilowatts, necessários para manter essas condições. Considere 1 cal= 4,18 J
Uma sala de sauna, mantida à temperatura de 65 0C, é isolada do meio ambiente por uma parede de madeira( K= 0,0002 cal/s.cm. 0C). Num dia em que a temperatura externa a sala for de 20 0C, calcule o fluxo por unidade de área de calor que atravessa a parede de espessura 3 cm.
Duas chapas, uma de aço(K= 0,12 cal/ cm s. 0C) e outra de cobre( K= 0,92 cal/ cm.s. 0C), são postas em contato suposto perfeito. Se as chapas têm respectivamente 2 cm e 1 cm e se a temperatura da face externa do cobre é 100 0C e a do aço vale 0 0C, calcule a temperatura da interface.
Obs: Interpretar fisicamente o resultado obtido.
Uma lâmina de um determinado material tem 200 cm2 de área e 4 mm de espessura. Quando entre suas faces se estabelece uma diferença de temperatura de 60 0C, a lâmina é atravessada em cada minuto por 300 Kcal. Calcule:
( a) O coeficiente de condutibilidade térmica do metal 
(b) A diferença de temperatura que seria preciso estabelecer entre as faces para que a lâmina seja atravessada, em cada minuto, por 500 Kcal?
Obs: Interpretar fisicamente o resultado obtido !!! 
Calcule a espessura de uma chapa de ferro(K= 1,39 10-1 cal/cm.s. 0C) sabendo que, quando entre suas faces existe uma diferença de temperatura de 540F, a chapa é atravessada por 50 Kcal por centímetro quadrado por hora. 
 
Um grande tanque cilíndrico de água com um fundo de 1,7 m de diâmetro é feito de ferro galvanizado de 5,22 mm de espessura. Quando a água esquenta, o aquecedor a gás embaixo mantém a diferença de temperatura entre as superfícies superior e inferior, da chapa do fundo em 2,3 0C. Calcule o calor que é conduzido através dessa placa em 5,0 minutos. Dado o coeficiente de condutibilidade térmica do ferro igual a 67 W/m.K. 
Exemplo:
A parede da fornalha de uma caldeira é construída de tijolos refratários com 0,20m de espessura e condutividade térmica de 1,3 W/mK. A temperatura da parede interna é de 1127oC e a temperatura da parede externa é de 827oC. Determinar a taxa de calor perdido através de uma parede com 1,8m por 2,0 m.
Dados:	Solução
x = 0,20 m
k = 1,3 [W/moC]
Ti = 1127 oC
Te = 827 oC
A = 1,8.2,0 = 3,6 m2
Um vidro plano, com coeficiente de condutibilidade térmica 0,00183 cal/s * cm * °C, tem uma área de 1000 cm² e espessura de 3,66mm. Sendo o fluxo de calor por condução através do vidro de 2000 calorias por segundo, calcule a diferença de temperatura entre suas faces.
Temos uma barra de chumbo de comprimento 40 cm e área de seção transversal 10 cm² isolada com cortiça; um termômetro fixo na barra calibrado na escala Fahrenheit, e dois dispositivos A e B que proporcionam, nas extremidades da barra, as temperaturas correspondentes aos pontos do vapor e do gelo, sob pressão normal, respectivamente. Considerando a intensidade da corrente térmica constante ao longo da barra, determine a temperatura registrada no termômetro, sabendo que ele se encontra a 32 cm do dispositivo A. Dado: coeficiente de condutibilidade térmicado chumbo = 8,2 · 10-2 · cal cm cm °C s
A parede de um forno industrial é construída de um tijolo de 0,15 m de espessura, com 
condutividade térmica de 1,7 W/m.K. As temperaturas nas faces interna e externa da parede são 
respectivamente 1400 e 1150 K. Qual é a perda de calor através de uma parede de 0,5 m por 3 m? 
As dimensões de uma porta de madeira maciça em uma sala são de 2 m X 0,8 m X 0,03 m. A temperatura na parte interna é de 25 ◦C e a parte externa de 30 0C. 
a)Calcule a corrente de calor através da porta
 
b)Por qual fator a corrente de calor aumenta caso se instale na sala uma janela de vidro de 1 m 2 e 0,3 cm de espessura, supondo que as temperaturas das superfícies da porta e do vidro sejam as mesmas?
 
Dados:
K= 0,002 cal/s.cm.0C. (vidro)
K= 0,955x 10-4 cal/ s.cm.◦C (madeira)