1º Lista

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CENTRO UNIVERSITÁRIO MAURÍCIO DE NASSAU 
Disciplina: Transferência de Calor 
Primeira Lista de Exercícios (2015.1) 
Professora: Flávia Miranda 
 
1- Em cada uma das situações descritas a seguir você deve reconhecer o processo de 
transmissão de calor envolvido: condução, convecção ou radiação. 
 
I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas para facilitar a ida da 
energia térmica até o congelador por ........................... 
II. O único processo de transmissão de calor que pode ocorrer no vácuo é a 
........................ 
III. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para 
evitar que o calor saia ou entre por ....................................... 
 
Na ordem, os processos de transmissão de calor que você usou para preencher as 
lacunas são: 
 
a) condução, convecção e radiação; d) convecção, condução e radiação; 
b) radiação, condução e convecção; e) convecção, radiação e condução; 
c) condução, radiação e convecção; 
 
Resposta: e 
 
2- Informa-se que a condutividade térmica de uma folha de isolante extrudado rígido é 
igual a k = 0,029 W/(m.K). A diferença de temperaturas medida entre as superfícies de 
uma folha com 20 mm de espessura deste material é T1 - T2 = 10°C. 
a) Qual é o fluxo térmico através de uma folha do isolante com 2m x 2m? 
b) Qual é a taxa de transferência de calor através da folha de isolante? 
 
Resposta:a) q”=14,5 W/m2; b) q= 58 W. 
 
3- O fluxo de calor através de uma placa de madeira com 50 mm de espessura, cujas 
temperaturas das superfícies interna e externa são de 40 e 20°C, respectivamente, foi 
determinado e é igual a 40W/m
2
. Qual a condutividade térmica da madeira? 
 Resposta: k = 0,1 W/mK 
 
4-Uma taxa de calor de 3 kW é conduzida através de um material isolante com área de 
seção reta de 10m
2
 e espessura de 2,5cm. Se a temperatura da superfície interna (quente) 
é de 415°C e a condutividade térmica do material é de 0,2 W/mK, qual a temperatura da 
superfície externa? 
Resposta: T2 = 651 K = 378°C 
 
5- 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∞ =15ºC. A partir de considerações de confiabilidade, 
a temperatura do chip não pode exceder a T=85ºC. 
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 potencia máxima permitida 
para o chip? 
 
 
 
 
Resposta: Pmax = 0,35 W 
 
6- 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∞ = 25ºC. Os chips têm uma emissividade ε = 0,60 e temperatura máxima 
permitida de Ts=85ºC. 
Se calor é descartado pelo chip por radiação e convecção natural, qual é a potencia 
operacional máxima de cada chip? O coeficiente convectivo depende da diferença entre 
as temperaturas do chip e do ar e pode ser aproximada por h = C(Ts- )
1/4
, onde C=4,2 
W/(m
2
. K
5/4
). 
Resposta: Pele= 0,223 W 
 
7- Para efeitos de transferência de calor, um homem de pé pode ser modelado como um 
cilindro vertical de 30 cm de diâmetro e 170 cm de altura com as superfícies superior e 
inferior isoladas e com a superfície lateral na temperatura média de 34 ° C. Para um 
coeficiente de transferência de calor por convecção de 15 W / m 
2
 ° C, determinada a 
taxa de perda de calor por convecção desse homem no ambiente a 20 ° C. 
Resposta: q= 336 W. 
 
 
8- Um tubo de água quente de 5 cm de diâmetro externo e 10 m de comprimento a 80°C 
está perdendo calor para o ar em torno de 5°C por convecção natural, com coeficiente 
de transferência de calor de 25 W/m
2
 K. Determine a taxa de perda de calor do tudo por 
convecção natural. 
Resposta: q= 2945 W 
 
 
9- Considere um forno cúbico 3m x 3m x 3m cujas superfícies superior e lateral se 
aproximam de superfícies negras em temperatura de 1200 K. A superfície da base tem 
emissividade ε=0,4, mantida a 800 K. Determine a taxa líquida de transferência de calor 
por radiação para a base a partir da superfície superior e das superfícies laterais. 
Resposta: q= 339 kW. 
 
10- O Teto de um carro em um estacionamento absorve um fluxo solar radiante de 800 
W/m
2
. A superfície inferior do teto encontra-se isolada termicamente. O coeficiente de 
transferência de calor por convecção entre o teto do carro e o ar ambiente é de 12 
W/(m
2
.K). 
a) Desprezando a troca térmica por radiação com a vizinhança, calcule a temperatura do 
teto em condições de regime estacionário se a temperatura do ar ambiente for de 20ºC. 
Resposta: Ts= 86,7 ºC. 
b) Para a mesma temperatura do ar ambiente, calcule a temperatura do teto para uma 
emissividade de sua superfície igual a 0,8. 
Resposta: Ts= 47 ºC. 
 
 
11- Uma tubulação de vapor d’água sem isolamento térmico atravessa uma sala na qual 
o ar e as paredes se encontram a 25°C. O diâmetro externo do tubo é de 70 mm, a 
temperatura de sua superfície é 200°C e esta superfície tem emissividade igual a 0,8. 
Quais são o poder emissivo da superfície e a sua irradiação? Sendo o coeficiente 
associado à transferência de calor por convecção natural da superfície para o ar de 15 
W/(m
2
 K), qual é a taxa de calor perdida pela superfície por unidade de comprimento do 
tubo? 
Resposta: E=2273 W/m2; G = 447 W/m2; q’= 998 W/m. 
 
 
12- Um transistor com altura de 0,4 cm e 0,6 cm de diâmetro é montado sobre uma 
placa de circuito. O transistor é resfriado com ar fluindo sobre ele com coeficiente 
médio de transferência de calor de 30 W/m
2
.K. Considerando que a temperatura do ar é 
de 55°C e o valor da temperatura da superfície do transistor não excede 70°C, determine 
a quantidade de energia que esse transistor pode dissipar de forma segura. Desconsidere 
qualquer transferência de calor da base do transistor. 
 
Resposta: q= 0,047 W 
 
13- A parede de um forno utilizado para tratar peças plásticas possui uma espessura 
L=0,05 m e a sua superfície externa está exposta ao ar e a uma grande vizinhança. O ar 
e a vizinhança encontram-se a 300K. Sendo a temperatura da superfície externa igual a 
400K, e o seu coeficiente de transferência de calor por convecção e a sua emissividade 
iguais a h=20 W/(m
2
.K) e ε=0,8 respectivamente, qual é a temperatura da superfície 
interna, se a parede possuir uma condutividade térmica k= 0,7 W/(m.K)? 
 
Resposta: T1= 600K