Lista de Radiação

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Problema 01. Uma tubulação atravessa uma grande sala conduzindo água a 95 °C, com coeficiente 
de película 20 kcal/h.m2.°C. O tubo, de diâmetro externo 4” e resistência térmica desprezível, está 
isolado com lã de rocha (k = 0,035 kcal/h.m.°C) de 2” de espessura. Sabendo-se que a temperatura 
da face externa do isolamento do tubo é 22 °C, determinar: 
a) a taxa de calor transferido através da tubulação; 
b) a emissividade da superfície do isolamento, sabendo-se que a metade do fluxo de calor transferido 
da tubulação para o ambiente se dá por radiação e que a temperatura da face interna das paredes da 
sala é 5 °C. 
Respostas: q = 22,06 Kcal/h. ε = 0,22 
 
 
Problema 02. Considere uma pessoa com superfície exposta de 1,7 m2 emissividade 0,5 e 
temperatura superficial 32°C. Determine a taxa de perda de calor por radiação da pessoa em uma 
grande sala com paredes com temperatura: 
a) 300 K; 
b) 280 K. 
Respostas: 26,7 W; 121W 
 
5ª Lista de exercícios 
 
Transferência de calor - Radiação 
EB 402 – FENÔMENOS DE TRANPORTES 
Profª. Laura Maria Canno Ferreira Fais 
Profª. Marcela Cravo Ferreira 
Marcela Ravanelli Martins (PED) 
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Problema 03. Um reator em uma indústria trabalha a 600 °C em um 
local onde a temperatura ambiente é 27 °C e o coeficiente de película 
externo é 40 Kcal/h.m2.°C. O reator foi construído de aço inox (ε = 0,06) 
com 2 m de diâmetro e 3 m de altura. Tendo em vista o alto fluxo de 
calor, deseja-se aplicar uma camada de isolante (ε = 0,75) para reduzir 
a transferência de calor a 10 % da atual. 
Desconsiderando as resistências térmicas que não podem ser calculadas, pede-se: 
a) A taxa de calor antes da aplicação do isolamento; 
b) A parcela transferida por convecção após o isolamento; sendo que a temperatura externa do isolante 
deve ser 62 ºC. 
Respostas: q = 618368,19 Kcal /h q = 57701,4 Kcal/h 
 
 
Problema 04. 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 Tvis = T∞ = 25 
ºC. Os chips têm uma emissividade ε = 0,60 e temperatura máxima permitida de Ts = 85 ºC. 
a) Se calor é descartado pelo chip por radiação e convecção natural, qual é a potência 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 – T∞)1/4, onde C = 4,2 W/(m2.K5/4). 
Resposta: P = 0,223 W 
b) Se um ventilador for usado para manter o ar no interior da câmara em movimento e a transferência de 
calor for por convecção forçada com h = 250 W/m2.K), qual é a potência operacional máxima? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resposta: P = 3,44 W 
 
 
 
 
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Problema 05. A parede de um forno de secagem é construída com a colocação de um material isolante 
de condutividade térmica k = 0,05 W/(m.K) entre folhas finas de metal. O ar no interior do forno está 
a T∞,i = 300 ºC e o coeficiente convectivo correspondente é hi = 30 W/(m2.K). A superfície interna 
da parede absorve um fluxo radiante de qrad = 100 W/m2 vindo de objetos quentes no interior do 
forno. A temperatura do ambiente externo do forno é T∞,o = 25 ºC e o coeficiente total para a 
convecção e a radiação na superfície externa é ho = 10 W/(m2.K). 
a) Desenhe o circuito térmico para a parede e identifique todas as temperaturas, taxas de transferência 
de calor e resistência térmicas. 
b) Qual espessura L do isolamento é necessária para manter a superfície externa da parede a uma 
temperatura segura para o toque de To = 40 ºC? 
Resposta: L = 86 mm. 
 
Problema 06. As superfícies internas e externas de uma parede de espessura 25 cm no verão estão a 
27°C e 44°C, respectivamente. A superfície externa da parede troca calor por radiação com as 
superfícies vizinhas a 40 °C e também por convecção com o ar ambiente a 40 °C com coeficiente de 
transferência de calor por convecção de 8 W/m2K. A radiação solar incide na superfície a taxa de 150 
W/m2. Se a emissividade e a absortividade da superfície externa são iguais a 0,8, determine a 
condutividade térmica da parede. 
Resposta: 0,96 W/m°C 
 
 
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Problema 7. A superfície absorvente de um coletor solar é feita de 
alumínio revestido com cromo preto (α = 0,87 e ε = 0,09). A radiação 
solar é incidente sobre a superfície a uma taxa de 600 W / m2. As 
temperaturas do ar e do céu e são 25 °C e 15 °C, respectivamente, e o 
coeficiente de convecção transferência de calor é 10 W/m2 OC. Para uma 
temperatura de superfície de absorção de 70 °C determine a taxa líquida 
de energia solar emitido pela placa absorvente para a água que circula por 
trás dela. Resposta: 36,5 W/ m² 
 
Problema 8. Considere a transferência de calor entre duas grandes placas paralelas com temperatura 
constante T1= 290 k e T2=150 K. O espaçamento entre elas é L=2 cm. Considerando que as 
superfícies são negras (emissividade de 1) . Determine a taxa de transferência de calor entre as placas 
por unidade de área de superfícies e assuma que o espaçamento entre as placas é 
a. preenchido com ar atmosférico (k= 0,01979 W/m C) 
b. Vácuo 
c. Preenchido com isolamento de fibra de vidro (0,036 W/m C) 
d. Preenchido com superisolamento de condutividade térmica aparente 0,00015 W/m C 
Resposta: 511 W, 372 W, 252 W, 1,05 W 
 
Problema 9. A parede de um forno utilizado para tratar peças plásticas possui uma espessura L=0,005 
m e sua superfície externa está exposta ao ar e a uma grande vizinhança. O ar e a vizinhança 
encontram-se a 300 K. 
a) Sendo a temperatura da superfície externa igual a 400 K, e o seu coeficiente de transferência de 
calor por convecção e sua emissividade iguais a h= 20 W/( m2k) e e=0,8. Qual é a temperatura da 
superfície interna, se a parede possui uma condutividade térmica de 0,7 W/mK?. 
 Resposta: 600K 
 
Problema 10. Água quente a uma temperatura média de 90 ° C está escoando fluindo através de uma 
secção de 15 m de uma tubulação de ferro fundido (k= 52 W/m°C), cujo diâmetros interno e externo 
são 4 cm e 4,6 cm, respectivamente. A superfície exterior da tubulação tem emissividade de 0,7, e é 
exposta ao ar frio a 10 °C no porão, com um coeficiente de transferência de calor de 15 W/m2 C . O 
coeficiente de transferência de calor na superfície interior do tubo é 120 W/m2 OC. Tendo as paredes 
do porão a uma temperatura de 10 C também, determinar a taxa de calor perdida da água quente. 
Além disso, o determine a velocidade média da água no tubo, se a temperatura da água cai 3 °à medida 
que passa através do porão. Resposta: a) 2814 W b) 0,178 m/s