Lista 1

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CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA 
REVISÃO 
Prof José Francisco Vilela Rosa 
 
CONSTANTES FÍSICAS UTILIZADAS NESTA LISTA DE EXERCÍCIOS 
Stefan-Boltzman:  = 5,67 × 10-8 W/m2.K4. 
Calor específico da água (Estado Líquido): cp = 4180 J/kg.K 
 
PARTE 1 – MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR 
1 Uma bola de alumínio de 15 cm de diâmetro deve ser aquecida de 80 0C até a temperatura média 
de 200 0C. Tomando a densidade e o calor específico médios do alumínio nessa gama de 
temperaturas como sendo  = 2700 kg/m3 e cp = 0,90 kJ/kg.K, respectivamente, determine a 
quantidade de energia que precisa ser transferida para a bola de alumínio. 
Resposta: 515,3 kJ 
 
2 Considere uma lâmpada incandescente de 150 W. O 
filamento da lâmpada tem 5 cm de comprimento e tem 
um diâmetro de 0,5 mm. O diâmetro do bulbo de vidro da 
lâmpada é de 8 cm. Determine o fluxo de calor, em W/m2, 
a) na superfície do filamento, b) na superfície do vidro da 
lâmpada, e c) calcular quanto irá custar por ano para 
manter a luz acesa oito horas por dia, todos os dias, se o 
custo unitário da eletricidade é de US$ 0,08/kWh. 
Resposta: a) 1,91 . 106 W/m2; b) 7460 W/m2 
c) 35,04 US$/ano 
 
3 Uma panela de alumínio cuja condutividade 
térmica é 237 W/m°C tem um fundo chato com 
diâmetro de 15 cm e espessura de 0,4 cm. O 
calor é transferido permanentemente através 
de seu fundo a uma taxa de 1400 W para ferver 
a água. Se a superfície interna do fundo da 
panela está a 105°C, determinar a temperatura 
da superfície externa do fundo da panela. 
Resposta: T = 106,34 0C 
 
 
 
 
4 Um transistor com altura de 0,4 em e 0,6 em de diâmetro é 
montado sobre uma placa de circuito, O transistor é 
resfriado com ar fluindo sobre ele com coeficiente médio de 
transferência de calor de 30 W /m2. K. Considerando que a 
temperatura do ar é de 55°C e o valor da temperatura da 
superfície do transistor não excede 70°C, determine a 
quantidade de energia que esse transistor pode dissipar de 
forma segura, desconsidere qualquer transferência de calor 
da base do transistor. 
Resposta: 0,047 W 
 
 
5 Os vidros interno e externo de uma janela de vidro duplo de área 1,2 m x 1,2 m e espessura 
6mm, estão a 15 e 9°C, respectivamente. Se o espaçamento de 6 mm entre os vidros, está 
preenchido com ar estagnante, determine a taxa de transferência de calor através da janela. São 
dados: Kvidro = 0,7 W/m.K KAr = 0,025 W/m.K. 
Resposta: 33,6 W 
 
6 Considere uma pessoa em pé em uma sala a 18 oC. Determine a taxa total de transferência de 
calor dessa pessoa, considerando que a sua área de superfície exposta e a temperatura da pele 
são de 1,7 m2 e 32 °C, respectivamente, e o coeficiente de transferência de calor por convecção 
é de 5 W/m2.K. Considere a emissividade da pele e das roupas igual a 0,9, e assuma que a 
temperatura da superfície interior da sala é a mesma do ar. 
Resposta: 248 W 
 
7 Uma bola esférica de 5 cm de diâmetro, cuja superfície é mantida a uma temperatura de 75 oC, 
está suspensa no meio de uma sala a 20 °C. Considerando que o coeficiente de transferência de 
calor por convecção é de 85 W/m2.K e a emissividade da superfície é de 0,8, determine a taxa 
total de transferência de calor da bola. 
Resposta: 41,9 W 
 
8 Um procedimento comum para medir a velocidade de correntes de ar envolve a inserção de um 
fio aquecido eletricamente (chamado de anemômetro de fio quente) no escoamento do ar, com 
o eixo do fio orientado perpendicularmente à direção do escoamento. Considera-se que a 
energia elétrica dissipada no fio seja transferida para o ar por convecção forçada. 
Consequentemente, para uma potência elétrica especificada, a temperatura do fio depende do 
coeficiente de convecção, o qual, por sua vez, depende da velocidade do ar. Considere um fio 
com comprimento L = 20mm e diâmetro D = 0,5mm, para o qual foi determinada uma calibração 
na forma (V = 6,25 x 10-5.h2). A velocidade (V) e o coeficiente de convecção (h) têm unidades de 
(m/s) e (W/m2.k), respectivamente. Em uma aplicação envolvendo ar a uma temperatura T = 25 
oC, a temperatura superficial do anemômetro é mantida Ts = 75 0C, com uma diferença de 
voltagem de 5 V e uma corrente elétrica de 0,1 A. Qual é a velocidade do ar? 
Resposta: 6,33 m/s 
 
 
9 Bolas de aço a 140 oC com calor específico de 0,50 kJ/kg· oC são mergulhadas em banho de óleo 
a uma temperatura média de 85 oC à base de 35 bolas por minuto. Se a massa média de bolas 
de aço é 1,2 kg, qual é a taxa de transferência de calor a partir de bolas para o óleo? 
Resposta: 19,25 kJ/s 
 
10 Um fio de resistência elétrica de 25 cm de comprimento e 0,4 cm de diâmetro é usado para 
determinar experimentalmente o coeficiente de transferência de calor por convecção no ar a 
25°C. A temperatura na superfície do fio é de 230°C, quando o consumo de energia elétrica é 
180 W. Considerando que a perda de calor por radiação do fio é 60 W, o coeficiente de 
transferência de calor por convecção é 
Resposta: 186,4 W/(m2.K) 
 
 
 
 
 PARTE 2 – RESISTÊNCIAS TÉRMICAS 
11) A) A parede externa de uma casa é composta por uma camada de 20 cm de espessura de tijolo comum e uma 
camada de 5 cm de gesso. Qual a taxa de transferência de calor por unidade de área, se a face externa da 
parede se encontra à 35 °C e a face interna à 20 °C? 26,2 W 
B) No item anterior, qual a espessura de isolamento de lã de rocha ( k = 0,065 W/m.K ) que deve ser adicionada à 
parede, para se reduzir a transferência de calor em 80%? 14,9 cm 
 
12) Um tubo de parede grossa de aço inoxidável ( k = 19 W/m.°C ) com 2 cm de diâmetro interno e 4 cm de diâmetro 
externo é coberto com uma camada de 3 cm de isolamento de amianto ( k = 0,2 W/m.°C ). Se a temperatura da 
parede interna do tubo é mantida a 600 °C e a superfície externa do isolamento a 100 °C, calcule a perda de calor. 
680,3 W 
 
13. 
 
 
14) Um tubo de aço (k=40 W/m.K) de 4 cm e espessura e 30 cm de diâmetro externo é utilizado para conduzir ar 
aquecido. O tubo é isolado com 2 camadas de materiais isolantes: a primeira de isolante de alta temperatura 
(k=0,15 W/m.K) com espessura de 2,0 cm e a segunda com isolante à base de magnésia (k=0,10 W/m K) também 
com espessura de 3,0 cm. Sabendo que estando a temperatura da superfície interna do tubo a 500 oC a 
temperatura da superfície externa do segundo isolante fica em 0 oC, pede-se: 
a) Determine a taxa de calor. 
b) Determine a temperatura da interface entre os dois isolantes e entre o aço e o primeiro isolante. 
 Respostas: a)1272,6 W b) 329, 2 0C 
 
 
15) Um tubo condutor de vapor de diâmetro interno 160 mm e externo 170 mm é coberto com duas 
camadas de isolante térmico. A espessura da primeira camada é 30 mm e a da segunda camada é 50 
mm. As condutividades térmicas k1, k2, k3 do tubo e das camadas isolantes são 50, 0,15 e 
0,08kcal/h.m.oC, respectivamente. A temperatura da superfície interna do tubo de vapor é 300 oC e a 
da superfície externa do segundo isolante é 50 oC. Calcular: 
a) O fluxo de calor por unidade de comprimento do tubo. 
b) A temperatura nas interfaces das camadas. 
 Respostas: a) 240,6 kcal/h; b) 300 oC 
 
16) Um reservatório esférico destinado a encerrar oxigênio líquido, tem raio interno igual a 1,5 m e é feito 
de vidro com espessura igual a 0,03 m ( k = 0,6 kcal/h.m.oC ). O reservatório é revestido externamente 
por uma camada de lã de vidro de espessura igual a 0,35 m (k = 0,03 kcal/h.m.oC). A temperatura na 
face interna do vidro é -180 oC e na face externa do isolamento é 10oC. Calcular: 
a) fluxo de calor através da parede. 
b) temperatura na interface vidro/isolante. 
Respostas: a) 585,5 kcal/h; b) -179 oC 
 
 
17)Resposta: 1,53 m 
 
18) Um tubo metálico, K1 = 43 W/(m.K), que conduz óleo aquecido tem raio externo r2 = 30 mm e espessura de 
parede igual a 5 mm e foi isolado termicamente com meias calhas de silicato de cálcio, K2 = 0,08 W/m.K, 
com espessura igual a 25,4 mm. Considere que a superfície interna do tubo está à temperatura de 120 0C, 
que a superfície externa do isolamento térmico está exposta a um ambiente a 30 0C e que o coeficiente de 
transferência de calor por convecção entre o isolamento térmico e o meio ambiente é h3 = 20 W/m2.K. 
Supondo que a taxa de calor por radiação pode ser desprezada, pede-se para determinar (a) a temperatura 
na superfície externa do isolante térmico e (b) a taxa de transferência de calor por metro de tubo (L = 1 m) 
para o meio. 
 Respostas: a) 39,5 oC b) 66 W