Lista_1__Introduo_a_transferencia_de_calor_20140827235324

Prévia do material em texto

Lista de Exercícios – Introdução a Transferência de Calor e Massa 
 
1. Um aquecedor elétrico de cartucho possui a forma de um cilindro, com comprimento L = 200mm e 
diâmetro externo D = 20mm. Em condições normais de operação, o aquecedor dissipa 2 kW quando 
submerso em uma corrente de água a 20 ºC onde o coeficiente de transferência de calor por convecção 
é de h=5000 W/(m
2
.K). Desprezando a perda de calor nas extremidades do aquecedor, determine a sua 
temperatura superficial TS. Se o escoamento da água for inadvertidamente eliminado e o aquecedor 
permanecer em operação, sua superfície passa a estar exposta ao ar, que também se encontra a 20 ºC, 
mas no qual h=50W/(m
2
.K). Qual é a temperatura superficial correspondente? Quais são as 
conseqüências do evento? RESP.: (a) 51,8 ºC; 3203 ºC 
 
2. Um chip quadrado, com lado w = 5 mm, opera em condições isotérmicas. O chip é posicionado em 
um substrato de modo que suas superfícies laterais e inferior estão isoladas termicamente, enquanto 
sua superfície superior encontra-se exposta ao escoamento de um refrigerante a T = 15 ºC. A partir de 
considerações de confiabilidade, a temperatura do chip não pode exceder a T = 85 ºC. Sendo a 
substância refrigerante o ar, com um coeficiente de transferência de calor por convecção 
correspondente de h = 200 W/(m
2
.K), qual é a potência máxima permitida para o chip? Sendo o 
refrigerante um líquido dielétrico para o qual h = 3000 W/(m
2
.K), qual é a potência máxima 
permitida? RESP.: 0,35 W e 5,25 W 
 
3. Chips, com L = 15 mm de lado, são montados em um substrato que se encontra instalado em uma 
câmara cujas paredes e o ar interior são mantidos à temperatura de Tviz = T = 25 ºC. Os chips têm 
emissividade  = 0,60 e temperatura máxima permitida de TS = 85 ºC. 
a) Se calor é descartado pelo chip por radiação e convecção natural, qual é a potência operacional 
máxima de cada chip? O coeficiente convectivo depende da diferença entre as temperaturas do chip e 
do ar e pode ser aproximado por h = C (Ts - T)
1/4
, onde C = 4,2 W/(m
2
.K
5/4
). Resp.: 0,223 W 
b) Se um ventilador for usado para manter o ar no interior da câmara em movimento e a transferência 
de calor por convecção forçada com h = 250W/(m
2
.K), qual é a potência operacional máxima? RESP.: 
3,44 W 
 
FACULDADE PITÁGORAS – GOVERNADOR VALADARES 
CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA 
PROFESSORA: MARIANA CALDEIRA BARBOSA 
DISCIPLINA: Transferência de Calor – 2014/2 
4. Uma superfície cuja temperatura é mantida a 400 ºC está separada de uma corrente de ar por uma 
camada de isolante térmico com espessura de 25 mm e condutividade térmica de 0,1 W/m.K. Se a 
temperatura do ar é de 35 ºC e o coeficiente de transferência de calor por convecção entre o ar e a 
superfície externa do isolante é igual a 500 W/m
2
.K, qual a temperatura da superfície externa do 
isolante? RESP.: 37,9 ºC