Lista 6 Transf Calor 2017

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Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais – Campus Poços de Caldas
Engenharia de Produção / Fenômenos de Transporte
6ª Lista de Exercícios
Uma taxa de transferência de calor de 3 kW é conduzida através de um material com área reta de 10 m2 e espessura 2,5 cm. Se a temperatura dea superfície interna (quente) é de 415ºC e a condutividade térmica do material é de 0,2 W/m.K, qual é a temperatura da superfície externa?
Resp.: 377,5ºC.
As temperaturas das superfícies interna e externa de uma janela de vidro, com espessura de 5 mm, são de 15ºC e 5ºC, respectivamente. Qual é a perda de calor através de uma janela com dimensões de 1m de largura por 3m de altura? A condutividade térmica do vidro é igual a 1,4 W/m.K.
Resp.: q = 8400 W.
Um tubo de ferro fundido (k = 55 W/(moC) de 10 cm de diâmetro interno e 11,5 cm de diâmetro externo é isolado com 2 cm de lã de vidro (k=0,055 W/m.K). A superfície interna do tubo está a 205ºC e a superfície externa está a 32ºC. Determine a taxa de troca de calor, considerando o regime permanente, por unidade de comprimento do tubo.
Resp.: q/L = 200,2 W/m.
Um tubo horizontal de 8 cm de diâmetro e 6 m de comprimento, conduzindo água quente, passa através de um ambiente que está a 20ºC. Se a temperatura superficial externa do tubo estiver a 70ºC, determine a taxa de troca de calor e indique se esta troca de calor é por convecção (natural ou forçada) ou condução. O coeficiente de transferência de calor por convecção é de 5,9 W/(m2.oC).
Resp.: Convecção natural, q = 444,8W.
Uma parede plana de espessura 0,1m e condutividade térmica 25 W/m.oC é isolada de um lado, enquanto o outro lado é exposto a um fluido a 92ºC. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre a parede e o fluido é 500 W/m2.oC. Determine a temperatura da parede no lado do fluido, o fluxo de calor e a temperatura da superfície do isolante, se coeficiente de transferência de calor por convecção entre o isolante e o ar é 5 W/m2.oC e a temperatura do ar é de 25oC. A espessura de isolante é de 5 cm e sua condutividade térmica é de 1,5 W/m.oC. A parede tem 1 m2.
Resp.: Tparede= 91,44 oC, Tisolante= 81 oC, q = 279,98 W
Gás quente a 120ºC escoa por uma tubulação de 7,5 cm de diâmetro e 0,5 cm de espessura. O tubo é isolado com uma camada de fibra de vidro de 56 cm de espessura, cuja condutividade térmica é 0,076 W/m.oC. O ar atmosférico envolvendo o isolamento do tubo está a 28ºC. Determine a taxa de troca de calor por unidade de comprimento do tubo, considerando que o coeficiente de troca de calor no lado interno vale 300W/m2. oC e o do lado externo vale 3 W/m2. oC. A tubulação é de aço e sua condutividade térmica é 50 W/m.oC.
Resp: q = 20,3 W
Visando ao conforto térmico e à economia de energia, um engenheiro propõe a instalação de um sistema de isolamento nas janelas de uma unidade industrial situada em um local frio, com vento intenso e constante, onde a temperatura média do ambiente externo é de 4,8oC ao longo do ano. Para manter a temperatura da face interna da janela em 25oC, as aberturas foram adaptadas e criou-se uma lacuna de 50 mm preenchida por ar estagnado entre duas lâminas de vidro com espessura de 10 mm cada, conforme esquema apresentado.
Com base no exposto e admitindo que o sistema se encontra em estado estacionário (equilíbrio), responda:
Qual é o fluxo de calor neste sistema?
Qual é a temperatura na face interna?
Explique o que ocorreria se a camada de ar entre as lâminas de vidro estivesse em movimento.
Dados: hexterno = 15 W/m2.oC e hinterno = 5 W/m2.oC 
Uma superfície com 5 m2 irradia uma quantidade de calor de 106W. Porém, esta superfície atua como um corpo real. Calcule:
O calor que seria irradiado pelo corpo negro;
A emissividade desta superfície.
Uma barra longa de 5 mm de diâmetro tem uma ponta mantida a 100oC . A superfície lateral da barra está exposta ao ar ambiente que está a 25oC e tem um coeficiente de troca de calor por convecção igual a 100 W/m2K. Considerando os materiais cobre, ferro e aço inoxidável 304, pede-se determinar (a) o comprimento das aletas para que o modelo de aletas longas seja plausível, (b) a distribuição de temperaturas ao longo da barra construída em e (c) os respectivos calores trocados? 
Uma superfície quente está a 300oC e deve ser resfriada pela instalação de pinos cilíndricos, diâmetro 0,25 cm, feitos em alumínio (k = 237 W/ m.oC). A temperatura do meio ambiente é 30oC e o coeficiente de troca de calor por convecção é igual a 35 W/ m2.oC. Determine a taxa de troca de calor na aleta e a distribuição de temperaturas na aleta, considerando:
o comprimento da aleta igual a 3 cm e a temperatura da extremidade da aleta igual a 50oC.
o comprimento da aleta igual a 30 cm (aleta muito longa).