transferência de calor(Convecção)

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Fenômenos de Transporte – TT 417/EB 402 
Profª. Drª. Laura Maria Canno Ferreira Fais 
PED: Engª. Msc. Adélia Mara Massulo 
 
 
Lista de Exercícios - Convecção 
 
1. Um tanque de formato cúbico é utilizado para armazenar um produto químico a 210 °C, 
com coeficiente de película de 80 W/m2 .°C. A parede do tanque é constituída de uma camada 
interna à base de carbono ( k = 22 W/m.K ) de 40 mm de espessura, uma camada intermediária de 
refratário ( k = 0,212 W/m.K ) e um invólucro de aço ( k = 60 W/m.K) com 10 mm de espessura. 
Por motivo de segurança dos trabalhadores, a temperatura da superfície externa do aço não deve 
se r maior que 60 °C. Considerando que a temperatura ambiente é 30 °C, com coeficiente de 
película externo de 20 W/m2 .K, determine: 
a) a espessura mínima do refratário para atender a condição de segurança; (R: 50 mm) 
b) a temperatura da superfície externa do aço se a camada de refratário for substituída 
por uma de isolante ( k = 0,0289 W/m.K) de mesma espessura. (R: 35C) 
 
2. Um fio elétrico de 3 mm de 
diâmetro e 5 m de longitude é isolado com 
um material plástico de 2 mm de espessura e 
condutividade térmica de k= 0.15 W/ m °C. 
Medições elétricas indicam uma corrente de 
10 A através do fio com uma voltagem de 
8 V. Se o isolante for exposto num meio de 
T=30 C com h=12 W/ m2 °C determine a 
temperatura na interface do fio e o isolante 
em condições estáveis. (R: 105C) 
 
3. Considere uma parede composta que inclui um painel lateral em madeira dura com 
8mm de espessura (k = 0,094 W/m·K); travessas de suporte em madeira dura (k = 0.16 W/m·K) 
com dimensões de 40 mm por 130mm, afastadas 0,65m de distância (centro a centro) e com 
espaço livre preenchido com isolamento à base de fibra de vidro (revestida de papel, 28Kg/m3), (k 
= 0.038 W/m·K) e uma camada de 12 mm de painéis de gesso (k = 0.17 W/m·K). Qual é a 
resistência térmica associada a uma parede com 2,5 m de altura e 6,5 m de largura (possuindo 10 
travessas de suporte cada uma com 2,5 m de altura). (R: 0,185 K/W) 
 
 
 
 
 
 
4. As paredes de uma geladeira são tipicamente construídas com uma camada de isolante 
entre dois paneis de folhas de metal. Considere uma parede feita com isolante de fibra de vidro, 
com condutividade térmica k= 0,046 W/(m K) e espessura Lp= 50 mm, e paneis de aço cada um 
com condutividade térmica kp= 60 W/ m K e espessura L=3mm. Com a parede separando ar 
refrigerado a T= 4 C do ar ambiente a T= 25 C, determine o ganho de calor por unidade de área 
superficial. Os coeficientes associados a convecção natural nas superfícies interna e externa 
podem ser aproximados por hi=he= 5 W / (m2K). (R: 14,1 W/m2) 
 
5. Você evidenciou um resfriamento por convecção se alguma vez estendeu sua mão para 
fora da janela de um veículo em movimento ou a imergiu em uma corrente de água. Com a 
superfície de sua mão a uma temperatura de 30 °C, determine o fluxo de calor por convecção 
para: 
a) uma velocidade de 35 km/h , ar -5 °C, com um coeficiente convectivo de 40 W/m2K 
(R: 1400 W/m2) 
b) uma corrente de agua com velocidade de 0,2 m/s temperatura 10°C e coeficiente 
convectivo 900 W/m2K (R: 18000 W/m2) 
Qual a condição que faria sentir mais frio? Compare esses resultados com uma perda de 
calor aproximadamente 30W/m2 em condições ambiente. 
 
6. A pressão atmosférica local numa cidade com 1610 msnm é 83,4 KPa. Ar nesta pressão, 
com temperatura de 20°C e com velocidade de 8 m/s escoa sobre uma placa plana 1,5 x 6m, a 
temperatura da placa é 140 °C. Determine a taxa de transferência de calor na placa se o fluxo de ar 
é paralelo em: 
a) no lado de 6 m (R: 1,43 x104 W) 
b) no lado de 1.5 m (R: 8670 W) 
 
7. Ar forçado a T=25 °C e V= 10m/s é usado para resfriar elementos eletrônicos em uma 
placa de circuito. Um desses elementos é um chip, que mede 4 mm x 4 mm, localizado a 120 mm 
da aresta frontal da placa. Experimentos revelam que o escoamento sobre a placa é perturbado 
pelos elementos e que a transferência de calor por convecção é correlacionada por uma expressão 
com a forma: 
Nux= 0,04 Rex0.85 Pr1/3 
Estime a temperatura superficial do chip se ele estiver dissipando 30 mW. (R: 42,5°C) 
 
 
 
 
 
 
 
Propriedades com Tf= 35°C e 1 atm, = 16,69 x10-6m2/s, k= 26,9 x 10-3 W/mK, Pr=0,703