2ª Lista de Exercício TC

Prévia do material em texto

Transferência de Calor / Prof. Laio Damasceno 
Lista de Exercícios 
 
 
Lista de Exercícios – 2ª Unidade 
 
Questão 1. Um equipamento eletrônico possui um dissipador de potência agregado à 
sua estrutura. Tal dissipador está em um ambiente cuja temperatura do ar, à qual 
passa por suas aletas, é de T∞ =27ºC e sua área é de 0,045 m2. Qual o coeficiente 
convectivo de calor do ar (h), cuja temperatura da vizinhança e da superfície são, 
respectivamente, Tviz.= 27ºC e Tsup= 42ºC e a emissividade è de 0,8. A potência 
dissipada pelo equipamento é de 20 W. (σ = 5,67x10-8W/m2.K4 
 
Questão 2. Um dispositivo experimental para medir a condutividade térmica de 
materiais sólidos envolve o uso de dois bastões longos, equivalentes em todos os 
aspectos, exceto que um é fabricado com material-padrão com condutividade térmica 
conhecida KA, enquanto o outro é fabricado com o material cuja condutividade térmica 
kB se deseja determinar. Uma das extremidades dos dois bastões é fixada a uma 
mesma fonte de calor com uma temperatura fixa Tb. Os dois bastões são expostos a 
um fluido à temperatura T ͚ e estão instrumentados com termopares para medir a 
temperatura a uma distância fixa x1 da fonte de calor. Se o material-padrão for 
alumínio, com KA = 200 W/(m2.K) e as medições revelarem valores de TA = 75°C e TB 
= 60°C em x1, para Tb = 100°C e T ͚ = 25°C, qual a condutividade térmica KB do 
material em teste? 
 
Questão 3. Vapor d’água superaquecido a 575°C é conduzido de uma caldeira para 
a turbina de uma usina de geração de potência elétrica através de tubos de aço [k = 
35 W/(m.K)] de diâmetro externo igual a 360 mm e 30 mm de espessura de parede. 
Para reduzir a perda térmica para a vizinhança e para manter uma temperatura 
externa segura para o toque, uma camada de isolante de silicato de cálcio [k = 0,10 
W/(m.K)] é aplicada nos tubos. A degradação do isolante é reduzida ao cobri-lo com 
uma folha fina de alumínio que possui uma emissividade ε = 0,20. A temperatura do 
ar e das paredes da planta de potência é igual a 27 °C. Considerando que a 
temperatura da superfície interna do tubo de aço seja igual à do vapor e o coeficiente 
convectivo externo à folha de alumínio igual a 6 W/(m².K), qual é temperatura mínima 
necessária para garantir que a espessura não ultrapasse 214 mm? Qual a perda de 
calor correspondente, por metro de comprimento do tubo? (σ = 5,67x10-8W/m2.K4) 
 
Questão 4. Durante sua fabricação, placas de vidro a 600 oC 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/(m2K). Para prevenir o aparecimento de 
rachaduras, é sabido que o gradiente de temperatura não pode exceder aos 15 oC/mm 
em qualquer ponto no vidro durante o processo de resfriamento. Sendo a 
condutividade térmica 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 a da vizinhança. 
 
Resp.: aproximadamente 618 K = 345 oC 
 
 
Transferência de Calor / Prof. Laio Damasceno 
Lista de Exercícios 
 
 
Questão 5. Vapor d’água superaquecido a 575°C é conduzido de uma caldeira para 
a turbina de uma usina de geração de potência elétrica através de tubos de aço [k = 
35 W/(m.K)] de diâmetro interno igual a 300 mm e 30 mm de espessura de parede. 
Para reduzir a perda térmica para a vizinhança e para manter uma temperatura 
externa segura para o toque, uma camada de isolante de silicato de cálcio [k = 0,10 
W/(m.K)] é aplicada nos tubos. A degradação do isolante é reduzida ao cobri-lo com 
uma folha fina de alumínio que possui uma emissividade ε = 0,20. A temperatura do 
ar e das paredes da planta de potência é igual a 27 °C. 
Considerando que a temperatura da superfície interna do tubo de aço seja igual à do 
vapor e o coeficiente convectivo externo à folha de alumínio igual a 6 W/(m².K), qual 
é a espessura mínima de isolante necessária para garantir que a temperatura do 
alumínio não seja superior a 50°C? Qual é a perda de calor correspondente, por metro 
de comprimento do tubo? 
 
 
Questão 6. Um bastão de aço inoxidável com condutividade térmica de 14W/mK com 
100 mm de comprimento e 5 mm de diâmetro se estende horizontalmente a partir de 
uma solda que se encontra a 190 oC. O ambiente ao seu redor está a T∞ = 25 oC, 
com h = 30W/m2K. Quais a temperatura no bastão a 50 da solda? 
 
Questão 7. Aleta reta, cobre puro com condutividade térmica de 398 W/mk, 
retangulares de 3 mm de espessura, 2 cm de comprimento (largura 1 metro) são 
soldadas a uma placa plana 1 X 1m2 e 5 mm de espessura, tem uma de suas 
extremidades mantida a 200 °C. A superfície do bastão está exposta ao ar ambiente 
a 25°C, com um coeficiente de transferência de calor por convecção de 100 W/m2K. 
Qual a temperatura no meio da aleta?