Lista4MecanismosCombinadosTransCalor 20180319211909

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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNA 
 
Engenharia Mecânica – Transferência de Calor 
Lista de exercícios 4 – Mecanismos de transferência 
 
Para ser entregue até o dia da primeira avaliação, impreterivelmente. Deverá ser 
escrito a mão. A entrega fora deste prazo reduzirá o valor do trabalho em 50%! 
 
1) Uma camada de material refratário (krefr=1,5kcal/h.m.°C) de 50mm de espessura está 
localizada entre duas chapas de aço (kaço=45kcal/h.m.°C) de 6,3mm de espessura. As faces da 
camada refratária adjacentes às placas são rugosas de modo que apenas 30% da área total 
estão em contato com o aço (Figura 1). Os espaços vazios são ocupados por ar 
(kar=0,013kcal/h.m.°C) e a espessura média da rugosidade é de 0,8mm. 
 
Considerando que as temperaturas das 
superfícies externas da placa de aço são 
430°C e 90°C, respectivamente, calcule a 
taxa de transferência de calor que se 
estabelece na parede composta. 
 
OBS : Na rugosidade, o ar está parado, 
portanto, considerar apenas a condução. 
 
2) Uma tubulação de aço de diâmetro interno 80mm e 1cm de espessura tem 
condutividade térmica kaço=37kcal/h.m.°C e transporta um fluido (hfluido=195kcal/h.m².°C) a 
180°C. Para reduzir a perda de calor, foi colocado um isolamento composto de uma camada 
de 1,3cm de espessura de amianto (kamianto=0,16kcal/h.m.°C) e uma camada de 2cm de 
espessura de lã de rocha (klã=0,046 kcal/h.m.°C). 
a) Calcular a perda de calor por metro de tubulação, sabendo-se que a temperatura na 
superfície externa da lã de rocha é 38°C. 
b) Calcular a emissividade da superfície da lã de rocha sabendo-se que a temperatura do 
ar ambiente é de 27°C e que hambiente=17,2kcal/h.m².°C. 
 
3) Uma superfície com área de 0,5m², emissividade igual a 0,8 e temperatura de 150ºC é 
colocada no interior de uma grande câmara de vácuo cujas paredes são mantidas a 25ºC. 
Determine: 
a) a taxa de emissão de radiação pela superfície; 
b) a taxa de troca de calor entre as superfícies. 
4) Uma barra cilíndrica de cobre, com 100cm de comprimento e 5cm² de seção 
transversal, foi colocada em um aparato que permitiu a seguinte configuração: uma das 
extremidades está imersa em um banho de vapor d’água sob pressão normal; a outra 
extremidade está imersa numa mistura de gelo fundente e água. 
Sendo o coeficiente de condutibilidade térmica do cobre 0,92cal/s.cm.°C e desprezando as 
perdas de calor pela superfície lateral da barra, determine a taxa de transferência de calor 
através da barra no SI. 
 
5) Uma parede de 5m2 de área transversal, composta por dois materiais, aço carbono 
1010, com kaço=63,9W/m.K e espessura de 25cm e isolante com kiso=1W/m.K, de espessura a 
ser determinada, é colocada para separar dois meios. De um lado da parede, tem-se os gases 
de uma combustão a 600°C e coeficiente de troca de calor por convecção igual a 500W/m².K; 
do outro lado, tem-se ar ambiente, e a temperatura desta parede é de . Sabendo-se que as 
normas ambientais limitam a temperatura da parede externa em 180°C e a liberação de 
energia à taxa de 4200W/m², pede-se: 
a) determinar qual placa isolante deverá ser utilizada, sabendo-se que ela está disponível 
no almoxarifado em duas espessuras: 8cm e 15cm. Justificar a resposta. 
b) nas condições escolhidas, determinar a temperatura da interface aço-isolante. 
c) determinar o coeficiente de película do ar exterior à sala de combustão sabendo que a 
temperatura da sala é de 40°C e a emissividade do isolante é de 0,80. 
 
6) Vapor d’água escoa em um tubo de aço (kaço=50W/mK) com raio interno de 0,2m e 
uma espessura de parede de 3mm. O isolamento térmico aplicado em torno do tubo tem 0,1m 
de espessura com uma condutividade térmica de 0,07W/mK, e o coeficiente convectivo entre a 
superfície externa do isolante e o ar ambiente a 25ºC é 25W/m²K. 
Determine a queda de temperatura através do isolamento e o fluxo de calor em relação á área 
externa do tubo, para cada metro de tubo. 
 
7) Uma casa possui uma parede composta com camadas de madeira, isolamento à base de 
fibra de vidro e gesso, conforme indicado na figura 1. Em um dia frio de inverno, os 
coeficientes de transferência de calor por convecção são de hexterno=60W/m².K e 
hinterno=30W/m².K. A área total da superfície da parede é de 350m². 
Figura 1 
a) Determine uma expressão para a resistência térmica total da parede, desprezando a 
radiação. 
b) Para as condições de temperatura interior da casa Tinterno=20°C e temperatura do 
ambiente externo Texterno=–15°C, determine a perda total de calor através da parede, sabendo-
se que: 
kgesso=0,17W/m.K; kfibra=0,038W/m.K; kmadeira=0,12W/m.K 
 
8) Ar, a 20°C, sopra sobre uma placa aquecida, de 50cm⨯75cm, mantida a 250°C. O 
coeficiente convectivo de transmissão de calor é 25W/m²°C. Determine a taxa de transferência 
de calor da placa por convecção para o ambiente. 
 
9) Considerando que a placa do exercício (8) é feita de aço inoxidável (1% C), com 2cm 
de espessura, e que 300W é perdido da superfície da placa por radiação, calcule a temperatura 
da face interna da placa. 
Dados: kAçoInox1%C=43W/m°C. 
 
10) Duas placas pretas infinitas (corpos negros ou radiadores perfeitos) a 800°C e 300°C 
trocam calor por radiação. Calcule o fluxo de calor entre as placas. 
 
11) Uma corrente elétrica passa através um fio de 1mm de diâmetro e 10cm de 
comprimento. O fio é submerso em água à pressão atmosférica, e a corrente é aumentada até 
que a água ferva. Para esta situação, h=5.000W/m²°C, e a temperatura da água é 100°C. 
Quanto de potência elétrica deve ser fornecida para o fio para manter a superfície do fio a 
114º? 
 
 
 
 
 
Respostas: 
1) Q=4583kcal/h 
2) a- Q=117,84kcal/h; b- ɛ=0,60 
3) a- Qem=626,25kcal/h; b- Qrad=471,90kcal/h 
4) Q=16,56kcal/h 
5) a-a de 15cm; b- 584,08°C; c-h=8,70W/m².K 
6) �T=70,307°C; 42,28W/m² 
7) a- ������ = 	
�.
+
��
��.
+
��
��.
+
��
��.
+
	
�.
) 
b- Q=4216,86W 
8) 2156W 
9)Tint=253,05°C 
10) 69kW/m² 
11) 22W