1 lista de exercicios Transferencia de Calor

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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO OESTE DO PARÁ 
INSTITUTO DE ENGENHARIA E GEOCIÊNCIAS - IEG 
1ª Lista de exercícios 
DISCIPLINA: Transferência de Calor e Massa 
 
Questão 1. 
1. O que é força motriz para (a) transferência de calor, (b) fluxo de corrente 
elétrica e (c) escoamento de fluido? 
2. O que é fluxo de calor? Como ele está relacionado com a taxa de transferência 
de calor? 
3. Quais são os mecanismos de transferência de energia para um sistema 
fechado? Como distinguir transferência de calor de outras formas de 
transferência de energia? 
4. Defina condutividade térmica e explique seu significado na transferência de 
calor. 
5. Quais são os mecanismos de transferência de calor? Como são distinguidos 
uns dos outros? 
6. Qual é o mecanismo físico da condução de calor em um sólido, um líquido e 
um gás? 
7. Escreva as expressões para as leis físicas que regem cada transferência de 
calor e identifique as variáveis envolvidas em cada relação. 
8. Como a condução de calor difere da convecção? 
9. Como a convecção forçada difere da convecção natural? 
10. O que é emissividade e qual papel ela desempenha na caracterização da 
transferência de calor por radiação em uma superfície? 
 
 
Questão 2. 
 As duas superfícies de uma placa de 2 cm de espessura são mantidas a 0 ºC e 80 
ºC, respectivamente. Se for avaliado que o calor é transferido por meio da placa a 
uma taxa de 500 W/m², determine sua condutividade térmica. 
Questão 3 
As superfícies interna e externa de uma parede de tijolos de 4 m x 7 m e 30 cm de 
espessura são mantidas em temperaturas de 26 ºC e 8 ºC, respectivamente. a 
condutividade térmica da parede é 0,69 W/m.K. Determine a taxa de transferência de 
calor por meio da parede. 
 
 
 
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Questão 4 
 As superfícies interna e externa de uma janela de vidro de 0,5 cm de espessura e 
área de 2 m x 2 m no inverno têm 10 º C e 3 ºC, respectivamente. Considerando que 
a condutividade térmica do vidro é 0,78 W/m.K, determine a perda de calor através do 
vidro ao longo de um período de 5 h. Qual seria a sua resposta se a espessura do 
vidro fosse 1 cm? 
Questão 5 
Uma panela de alumínio cuja condutividade térmica é 237 W/m.K tem fundo plano de 
15 cm de diâmetro e 0,4 cm de espessura. O calor é transferido em regime 
permanente para ebulir a água por meio do fundo da panela a uma taxa de 1400 W. 
Se a superfície interna do fundo da panela está a 105 ºC determine a temperatura da 
superfície externa do fundo da panela. 
 
Questão 6 
Um medidor de fluxo de calor fixado na superfície interna da porta de uma geladeira 
de 3 cm de espessura indica fluxo de calor de 32 W/m² por meio da porta. As 
temperaturas das superfícies interna e externa da porta são 7 ºC e 15 ºC, 
respectivamente. Determine a condutividade térmica média da porta da geladeira. 
 
 
 
 
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Questão 7. 
Ar quente a 80 ºC é soprado ao longo de uma superfície plana de 2 m x 4 m, a 30 ºC. 
Considerando que o coeficiente médio de transferência de calor por convecção é 55 
W/m².K, determine a taxa de transferência de calor do ar para a placa, em kW. 
Questão 8. 
O calor gerado no circuito de um chip de silício (k = 130 W/m.K) é conduzido para um 
substrato de cerâmica no qual é fixado. O chip tem 6 mm x 6 mm e 0,5 mm de 
espessura e dissipa 5 W de potência. Ignorando qualquer transferência de calor por 
meio das superfícies laterais de 0,5 mm de altura, determine a diferença de 
temperatura entre as superfícies dianteira e traseira do chip em regime permanente. 
 
Questão 9. 
A superfície norte de uma casa aquecida eletricamente tem 6 m de comprimento, 3 m 
de altura e 0,3 m de espessura e é construída com tijolos cuja condutividade térmica é 
k = 0,72 W/m. ºC. Em uma noite de inverno, as temperaturas interna e externa da 
parede são medidas em torno de 17 ºC e -4 ºC, respectivamente, por um período de 8 
h. Determine a taxa de perda de calor por meio da parede naquela noite. 
 
Questão 10. 
Uma placa de circuito com 0,3 cm de espessura, 12 cm de altura e 18 cm de 
comprimento abriga em um lado 80 chips lógicos pouco espaçados, cada um dissipa 
0,06 W. A placa está impregnada com recheio de cobre e tem condutividade térmica 
efetiva de 16 W/m.K. Todo o calor gerado nos chips é conduzido através da placa de 
circuito e dissipado no verso dela para o ar ambiente. Determine a diferença de 
temperatura entre os dois lados da placa do circuito. 
 
 
 
 
 
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Questão 11. 
Um equipamento condicionador de ar deve manter uma sala, de 15 m de 
comprimento, 6 m de largura e 3 m de altura a 22 oC. As paredes da sala, de 25 cm 
de espessura, são feitas de tijolos com condutividade térmica de 0,14 Kcal/h.m.oC e a 
área das janelas podem ser consideradas desprezíveis. A face externa das paredes 
pode estar até a 40 oC em um dia de verão. Desprezando a troca de calor pelo piso e 
pelo teto, que estão bem isolados, pede-se o calor a ser extraído da sala pelo 
condicionador (em HP ). OBS : 1 HP = 641,2 Kcal/h 
 
 
Questão 12. 
Uma esfera de cobre de 10 cm de diâmetro deve ser aquecida de 100 °C até a 
temperatura média de 150 °C em 30 minutos (ver a fig. abaixo). Admitindo que os 
valores médios da densidade e do calor específico da esfera são ρ = 8.950 kg/m3 e cp 
= 0,395 kJ/kg°C, respectivamente, determine: (a) a quantidade total do calor 
transferido para a esfera de cobre, (b) a taxa média do calor transferido para a esfera 
e (c) o fluxo médio de calor. 
 
 
Questão 12. 
 
Sentir “frio” no inverno e “calor” no verão é uma experiência comum em nossas casas, 
mesmo quando o termostato é mantido na mesma posição. Isso ocorre por causa do 
chamado “efeito radiação”, resultante das trocas de calor por radiação entre o nosso 
corpo e as superfícies das paredes e do teto. Considere uma pessoa em pé em uma 
sala mantida a 22 °C durante todo o tempo. As superfícies interiores de paredes, 
pavimentos e tetos estão em uma temperatura média de 10 °C no inverno e 25 °C no 
verão. Determine a taxa de transferência de calor por radiação entre essa pessoa e 
as superfícies ao seu redor, se a área e a temperatura média das superfícies 
expostas da pessoa são 1,4 m2e 30 °C, respectivamente (Figura abaixo). 
 
 
 
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