Lista 1 de Fenômenos de Transporte (3)

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Lista de exercícios -
1- Informa-se que a condutividade térmica de uma folha de isolante extrudado rígido é igual a k =
0,029 W/(m K). A diferença de temperaturas medida entre as superfícies de uma folha com 20 mm
de espessura deste material é T1 – T2 = 10 °C.
a) Qual é o fluxo térmico através de uma folha do isolante com 2 m x 2 m? R. 14,5 W/m²
b) Qual é a taxa de transferência de calor através da folha de isolante? R. 58 W
2- O fluxo térmico através de uma lâmina de madeira, com espessura de 50 mm, cujas temperaturas
das superfícies são de 40 e 20 °C, foi determinado como de 40 W/m². Qual é a condutividade
térmica da madeira? R. 0,10 W/(m K)
3- Uma câmara de congelador é um espaço cúbico de lado igual a 2m. Considere que a sua base seja
perfeitamente isolada. Qual é a espessura mínima de um isolamento à base de espuma de estireno (k
= 0,030 W/(m K) ) que deve ser usada no topo e nas paredes laterais para garantir uma carga
térmica menor do que 500 W, quando as superfícies interna e externa estiverem a -10 e 35°C?
R. 54 mm
4- Você vivenciou um resfriamento por convecção se alguma vez estendeu sua mão para fora da
janela de um veículo em movimento ou a imergiu em uma corrente de água. Com a superfície de
sua mão a uma temperatura de 30°C, determine o fluxo de calor para (a) uma velocidade do veículo
de 35 km/h no ar a -5°C, com um coeficiente convectivo de 40 W/(m² K), e para (b) uma corrente
de água com velocidade de 0,2 m/s, temperatura de 10°C e coeficiente convectivo de 900 W/(m² K).
Qual a condição que o faria sentir mais frio? Compare esses resultados com uma perda de calor de
aproximadamente 30 W/m² em condições ambiente normais. R. a) 1400 W/m² b) 18.000 W/m²
5- Um aquecedor elétrico encontra-se no interior de um longo cilindro de diâmetro igual a 30 mm.
Quando água, a uma temperatura de 25°C e velocidade de 1m/s, escoa perpendicularmente ao
cilindro, a potência por unidade de comprimento necessária par manter a superfície do cilindro a
uma temperatura uniforme de 90°c é de 28 kW/m. Quando ar, também a 25°C, mas a uma
velocidade de de 10 m/s está escoando, a potência por unidade de comprimento necessária para
manter a mesma temperatura superficial é de 400 W/m. Calcule e compare os coeficientes de
transferência de calor por convecção para os escoamentos da água e do ar. R. (ar) 4.570 W/(m² K) e
(água) 65 W/(m² K)
6- Um compartimento de um congelador fica coberto com uma camada de 2 mm de espessura de
gelo quando o seu funcionamento não está 100%. Estando o compartimento exposto ao ar ambiente
a 20°C e um coeficiente h = 2 W/(m² K) caracterizando a transferência de calor por convecção
natural na superfície exposta da camada, estime o tempo requerido para completa fusão do gelo.
Considere que o gelo tenha densidade de 700 kg/m³ e um calor latente de fusão de 334 kJ/kg.
R. 3,2 h
7- Uma sonda interplanetária esférica, de diâmetro 0,5 m, contém eletrônicos que dissipam 150 W.
Se a superfície da sonda possui uma emissividade de 0,8 e não recebe radiação de outras fontes,
qual é a sua temperatura superficial? R. 254,7 K
8- A parede de um forno utilizado para tratar peças plásticas possui uma espessura L= 0,05 m e a
sua superfície externa está exposta ao ar e a uma grande vizinhança. O ar e a vizinhança encontram-
se a 300 K. Sendo a temperatura da superfície externa igual a 400 K, e o seu coeficiente de
transferência de calor por convecção e a sua emissividade iguais a h = 20 W/(m² K) e ε =0,8;
respectivamente, qual é a temperatura da superfície interna, se a parede possuir uma condutividade
térmica k= 0,7 W/(m K)? R. 600 K
9- O revestimento de uma placa é curado através de sua exposição a uma lâmpada de infravermelho
que fornece uma irradiação de 2000 W/m². Ele absorve 80% da irradiação e possui uma
emissividade de 0,50. A placa também encontra-se exposta a uma corrente de ar e uma grande
vizinhança, cujas temperaturas são de 20°C e 30°C, respectivamente. Se o coeficiente de
transferência de calor por convecção entre a placa e o ar ambiente for de 15 W/(m² K), qual é a
temperatura de cura da placa? R. 377 K
10- Um experimento para determinar o coeficiente convectivo associado ao escoamento de ar sobre
a superfície de uma peça de aço inoxidável espessa envolve a inserção de termopares na peça a
distâncias de 10 e 20 mm da superfície ao longo de uma linha hipotética normal à superfície. O aço
tem condutividade térmica de 15 W/(m K). Se os termopares medirem temperaturas de 50 e 40°C
no aço quando a temperatura do ar é de 100 °C, qual é o coeficiente convectivo? R. 375 W/(m² K)
11- Durante sua fabricação, placas de vidro a 600 °C são resfriadas com a passagem de ar sobre sua
superfície de tal forma que o coeficiente de transferência de calor por convecção é de
h = 5 W/(m² K) . Para prevenir o aparecimento de rachaduras, é sabido que o gradiente de
temperatura não pode exceder aos 15°C/mm em qualquer ponto no vidro durante o processo de
resfriamento. Sendo a condutividade térmica do vidro igual a 1,4 W/(m K) e a emissividade de sua
superfície 0,8, qual é a menor temperatura do ar que pode ser usada no início do resfriamento?
Considere que a temperatura do ar é igual à da vizinhança. R. 345°C 
12- O diâmetro e a emissividade da superfície de uma placa eletricamente aquecida são D = 300
mm e ε = 0,80, respectivamente. Estime a potência necessária para manter uma temperatura de
superfície igual a 200 °C em uma sala na qual o ar e as paredes estão a 25 °C. O coeficiente que
caracteriza a transferência de calor por convecção natural depende da temperatura da superfície e,
na unidade W/(m² K), pode ser aproximado por uma expressão na forma h=0,80(T S−T∞)
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R. 190,6 W