2015410 191528 Lista+3+ +Circuítos+térmicos

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ENGENHARIA TÉRMICA II 
Lista 3 - Circuitos Térmicos. 
 
1. Baseado no Problema 16.11 
A parede de uma casa é composta por uma placa de gesso 
(kp = 0,17 W/m.°C), isolante de fibra de vidro (kb = 0,038 
W/m.°C) e compensado de madeira de alta densidade (kp = 
0,12 W/m.°C) conforme mostra a figura. Em um dia frio, 
a temperatura externa do ar é –15 °C com um coeficiente 
de convecção externo de 60 W/m
2
.°C enquanto que o ar 
dentro da casa se encontra a 20 °C com um coeficiente de 
convecção interno de 30 W/m
2
.°C. Considere a parede 
com uma superfície total de 350 m
2
. Determine a 
resistência equivalente da parede e a taxa de calor do 
sistema. Desconsidere troca de calor por radiação. 
Respostas: 8,3x10
-3
 °C/W e 4,21 kW. 
 
2. Baseado no Problema 16.18 
Considere uma parede plana composta que é constituída de dois materiais A e B de condutividades 
térmicas kA = 0,1 W/m.°C e kB = 0,04 W/m.°C. As espessuras das paredes são LA = 10 mm e LB = 20 mm 
e há uma resistência de contato entre elas de 0,30 °C.m
2
/W. O material A está em contato com um fluido a 
200 ºC e h = 10 W/m
2
°C, enquanto que o material B está em contato com outro fluido a 40 ºC e h = 20 
W/m
2
.°C. Determine a taxa de transferência de calor se a parede mede 2 x 2,5 m e as temperaturas a cada 
interface da parede A até a B. Desconsidere troca de calor por radiação. 
Respostas: 761,9 W; 184,76 ºC, 169,52 ºC, 123,81 ºC e 47,62 ºC. 
 
3. Baseado no Problema 16.19 
Um chip de silício dissipa toda sua potência por convecção para um 
escoamento de ar com h = 1000 W/m²°C e T∞ = 25 °C. O chip está 
separado do fluido por uma placa de alumínio (k = 238 W/m.°C) que 
tem 2 mm de espessura e a resistência de contato na interface 
chip/alumínio é 0,5 x 10
-4
 °C.m²/W. Se a área da superfície do chip é 
de 100 mm² e a sua temperatura máxima permissível é de 85 °C, qual é 
a potência máxima que pode ser dissipada pelo chip? 
Após 5 anos de operação, a pasta térmica que está entre o chip e a placa de alumínio degradou. Assim, a 
resistência de contado aumentou em 7 vezes. Qual a potência máxima que o chip pode dissipar neste caso? 
Respostas: 5,67 W; 4,42 W 
 
4. Livro texto, Problema 16.23 
Um tubo de aço inoxidável (k = 14 W/m.°C) é utilizado para transportar um líquido resfriado a 6 ºC e hℓ= 
400 W/m².°C. O tubo tem diâmetro interno de 36 mm e espessura de 2 mm. O ambiente externo é ar a 23 
ºC com har = 6 W/m².°C. Determine a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento do tubo. 
Se uma camada isolante de 10 mm de espessura e kisol= 0,05 W/m.°C é aplicada ao exterior do tubo, 
determine a nova taxa de transferência de calor. 
Repostas: 12,6 W/m e 7,74 W/m. 
 
5. Baseado no Livro Texto, Problema 16.25 
Um condutor elétrico de 2 mm de diâmetro é isolado por um revestimento de borracha de 2 mm de 
espessura (k = 0,13 W/m.°C), e a superfície entre o fio e o revestimento é caracterizada por uma 
resistência de contato térmico de R"t,c= 3x10
-2 
m
2
.°C/W. O coeficiente de transferência de calor por 
convecção na superfície externa do revestimento é igual a 10 W/m
2
.°C, e a temperatura do ar ambiente é 
de 20 °C. Se a temperatura do condutor não deve exceder 50 °C, qual será a energia elétrica máxima 
aceitável que poderá ser dissipada por comprimento do condutor? A variação de temperatura entre o 
condutor e o isolamento, devido à resistência de contato, é significativa ou desprezível? 
Respostas: 4,49 W/m; desprezível. 
 
Para questões 6 - 8, considere um forno a lenha de uma pizzaria construído em formato semicilíndrico com 
1 m de diâmetro interno e 1,5 m de comprimento. O forno é composto por camadas de tijolo refratário, 
tijolo comum e cimento exterior conforme a figura abaixo. Os parâmetros de troca de calor para cada 
camada e suas espessuras são: 
convecção interna do forno: hi = 30 W/m
2
·°C Ti = 400 ºC
 
tijolo refratário 25% alumina: kref = 1,01 W/m·°C Lref = 10 cm 
tijolo comum: ktij = 0,33 W/m·°C Ltij = 15 cm 
cimento Portland: kcim = 0,29 W/m·°C Lcim = 1 cm 
ambiente externo: ho = 5 W/m
2
·°C To = 35 ºC 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Esboce o circuito térmico, incluindo a direção dos fluxos de calor. 
7. Determine a taxa de calor (q) em [W] que sai do forno através das paredes do semicilindro. 
Resposta: 1395 W 
8. Determine a temperatura na parede externa do forno (Tparede) e se este valor representaria um risco ao 
pizzaiolo. 
Resposta: 74 ºC