LISTA DE EXERCÍCIOS 1

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN
Departamento de Engenharia Civil
Lista de exercícios 1 – Fenômenos de Transporte 	Prof. Maxwell Lobato
Uma face de uma placa de cobre (K= 370 W/m.ºC) de 3 cm de espessura é mantida a 400ºC, e a outra face é mantida a 100ºC. Qual a transferência de calor através da placa? (Resp: 3,7 MW/m2)
Ar a 20ºC escoa sobre uma placa aquecida de 50 por 75 cm, mantida a 250ºC. O coeficiente de transferência de calor por convecção é 25W/m2.ºC. Calcule a transferência de calor.(Resp: 2,16 KW)
Considerando que a placa do exercício anterior é feita de aço carbono (K = 43 W/mºC) de 2 cm de espessura e que a superfície da placa perde 300 W por radiação, calcule a temperatura no interior da placa. (Resp: 253,05 ºC)
Através de um fio de 1 mm de diâmetro de 10 cm de comprimento passa uma corrente elétrica. O fio está imerso em água líquida á pressão atmosférica, e a corrente é aumentada até a água entrar em ebulição. Para esta situação h = 5000 W/m2.ºC, e a temperatura da água é 100ºC. Qual a potência elétrica a ser fornecida ao fio para que sua superfície seja mantida a 114ºC? (Resp: 21,99 W)
Duas placas negras e infinitas a 800 e 300ºC trocam calor por radiação. Calcule o calor trocado por unidade de área. (Resp: 69,04 KW/m2)
Deseja-se dissipar cerca de 1840 W através de uma parede cujas dimensões não podem ultrapassar 0,08 m2 e espessura de 0,10 m. sabendo-se que a temperatura da face esquerda não pode ultrapassar 110 ºC e a temperatura da face direita não pode cair abaixo de 40ºC, determine a condutividade térmica do material a ser utilizado. (Resp: 32,86 W/mºC)
Um aquecedor elétrico de cartucho possui a forma de um cilindro com um comprimento L = 200 mm e diâmetro externo D = 20 mm. Em condições normais de operação, o aquecedor dissipa 2 KW, quando submerso em uma corrente de água a 20ºC, onde o coeficiente de transferência de calor por convecção é de h = 5000 W/m2.K. Desprezando a transferência de calor a partir das extremidades do aquecedor, determine, (A) a sua temperatura superficial, Tsup. (B) Se o escoamento da água é inadvertidamente interrompido e o aquecedor permanece em operação, sua superfície passa a estar exposta ao ar, que também se encontra a 20ºC, mais para o qual o h = 50 W/m2.K. Qual a temperatura superficial correspondente? Quais as consequências de tais eventos?
[Resp: (A) Tsup = 52 ºC e (B) Tsup =3220 ºC]
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 ºC e 20ºC respectivamente, foi determinado e é igual a 40 W/m2. Qual a condutividade térmica da madeira? (Resp: 0,1 W/m.K)
Uma taxa de calor de 3 KW é conduzida através um material isolante com área de seção reta de 10 m2 e espessura de 2,5 cm. Se a temperatura da superfície interna (quente) é de 415ºC e a condutividade térmica do material é de 0,2 W/m.K, qual a temperatura da superfície externa? (Resp: 650,5 K)
Um aquecedor elétrico encontra-se no interior de um cilindro longo de diâmetro igual a 30 mm. Quando água, a uma temperatura de 25ºC e velocidade de 1m/s, escoa perpendicularmente ao cilindro, a potencia por unidade de comprimento necessária para manter a superfície do cilindro a uma temperatura uniforme de 90ºC é de 28 KW/m. Quando ar, também a 25ºC, mas a uma velocidade de 10m/s está escoando, a uma potência necessária para manter a mesma temperatura superficial é de 400 W/m. Calcule e compare os coeficientes de transferência de calor por convecção para os escoamentos de água e do ar.
Dado: Área do cilindro πdL, onde d=diâmetro e L= comprimento.
(Resp: hágua = 4570 W/m2.K e har = 65,3 W/m2.K)
Uma tubulação de vapor sem isolamento térmico passa através de uma sala onde o ar e as paredes se encontram a 25ºC. O diâmetro externo do tubo é de 70 mm, a temperatura de sua superfície é de 200ºC e a sua emissividade é de 0,8. Quais são o poder emissivo e a irradiação da superfície? Se o coeficiente associado com a transferência de calor por convecção natural da superfície para o ar é de 15 W/m2.K, qual a taxa de calor perdida pela superfície do tubo, por unidade de comprimento? [Resp: (A) E = 2270 W/m2; G = 447 W/m2, (B) q = 998 W/m]
Uma sonda interplanetária esférica de diâmetro 0,5 m, contém circuitos eletrônicos que dissipam 150 W. Se a superfície da sonda possui uma emissividade de 0,8 e não recebe radiação de outras fontes como, por exemplo, o sol, qual a sua temperatura superficial?
 (Resp: Tsup = 254, 7 K)