Transferência de Calor e Equações

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Lista de Problemas – 7º Sprint 
 
 
 
Problemas Fundamentais e teóricos: 
 
1- DEFINA transferência de calor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2- EXPLIQUE os três modos de transferência de calor. Dê dois exemplos de cada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3- ESCREVA a equação da lei de Fourier e EXPLIQUE o significado de cada um dos termos dessa equação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4- ESCREVA a equação da lei de resfriamento de Newton. EXPLIQUE o significado de cada um dos termos dessa 
equação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5- QUAL a diferença entre a equação da lei de Stefan-Boltzmann e a equação do fluxo térmico de um corpo real? 
 
 
 
 
 
 
 
 
6- ESCREVA e EXPLIQUE cada termo da equação que representa a taxa líquida de transferência de calor por radiação 
saindo de uma superfície. (Equação 1.7) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7- EXPLIQUE cada um dos termos da equação 1.12c. O que ocorre com essa equação quando o balanço de energia 
é realizado em uma superfície. Faça um desenho que represente esse balanço. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8- Qual a diferença entre o fluxo térmico e a taxa de transferência de calor? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Problemas Gerais 
 
9- 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 = 10ºC. 
 
A) Qual é o fluxo térmico através de uma folha do isolante com 2 m x 2 m? Faça o desenho do esquema físico. 
 
 
 
 
 
 
 
B) Qual é a taxa de transferência de calor através da folha de isolante? 
 
 
 
 
 
 
 
 
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10- O fluxo térmico que é aplicado na face esquerda de uma parede plana é q” = 20 W/m2. A parede tem espessura 
igual a L = 10 mm e sua condutividade térmica é k = 12 W/(m.K). Se as temperaturas superficiais forem medidas, sendo 
iguais a 50ºC no lado esquerdo e 30ºC no lado direito, responda: As condições de regime estacionário estão presentes? 
Faça o desenho do esquema físico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11- Uma câmara de congelador e um espaço cúbico de lado igual a 2 m. Considere que a sua base seja perfeitamente 
isolada. Qual é a espessura mínima de um isolamento à base de espuma de estireno (k = 0,030 W/(m.K)) que deve ser 
usada no topo e nas paredes laterais para garantir uma carga térmica menor que 500W, quando as superfícies interna 
e externa estiverem a -10ºC e 35ºC? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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12- Você vivenciou 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 30ºC, 
DETERMINE o fluxo de calor por convecção para (a) uma velocidade do veículo de 35 km/h no ar a -5ºC com um 
coeficiente convectivo de 40 W/(m2.K), e para (b) uma corrente de água com velocidade de 0,2 m/s, temperatura de 
10ºC e coeficiente convectivo de 900 W/(m2.K). Qual a condição que o faria sentir mais frio? Compare esses resultados 
com uma perda de calor de aproximadamente 30 W/m2 em condições ambientais normais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13- Um aquecedor elétrico de cartucho possui a forma de um cilindro, com comprimento L = 200 mm e diâmetro D = 
20 mm. Em condições normais de operação, o aquecedor dissipa 2 kW quando submerso em uma corrente de água a 
20ºC em que o coeficiente de transferência de calor por convecção é de h = 5000 W/(m2.K). Desprezando a 
transferência de calor nas extremidades do aquecedor, DETERMINE a sua temperatura superficial Ts. Se o escoamento 
da água for inadvertidamente eliminado e o aquecedor permanecer em operação, sua superfície passa a estar exposta 
ao ar, que também se encontra a 20ºC, mas para o qual h = 50 W/(m2.K). Qual é a temperatura superficial 
correspondente? Quais são as consequências de tal evento? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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14- Uma tubulação industrial aérea de vapor d’água não isolada termicamente, com 25 m de comprimento e 100 mm 
de diâmetro, atravessa uma construção cujas paredes e o ar ambiente estão a 25ºC. Vapor pressurizado mantem uma 
temperatura superficial na tubulação de 150ºC e o coeficiente associado a convecção natural é de h = 10 W/(m2.K). A 
emissividade da superfície é  = 0,8. DETERMINE a taxa de perda de calor na linha de vapor. Considere o tubo uma 
superfície cinza. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15- Um procedimento comum para medir a velocidade de correntes de ar envolve a inserção de um fio aquecido 
eletricamente (chamado de anemômetro de fio quente) no escoamento do ar, com o eixo do fio orientado 
perpendicularmente à direção do escoamento. Considera-se que a energia elétrica dissipada no fio seja transferida 
para o ar por convecção forçada. Consequentemente para uma potência elétrica especificada, a temperatura do fio 
depende do coeficiente de convecção, o qual, por sua vez, depende da velocidade do ar. Considere um fio com 
comprimento L = 20 mm e diâmetro D = 0,5 mm, para o qual foi determinada uma calibração na forma V = 6,25 x 10-5 
h2. A velocidade V e o coeficiente de convecção h tem unidades de m/s e W/(m2.K), respectivamente. Em uma 
aplicação envolvendo ar a uma temperatura T∞ = 25ºC, a temperatura superficial do anemômetro é mantida a Ts = 
75ºC, com uma diferença de voltagem de 5V e uma corrente elétrica de 0,1A. Utilize π = 3,0. 
 
Para a situação descrita DETERMINE a velocidade do ar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Problemas complexos 
 
16- As superfícies interna e externa de uma parede de espessura de 25 cm no verão estão a 25ºC e 44ºC, 
respectivamente. A superfície externa da parede troca calor por radiação com as superfícies vizinhas a 40ºC e também 
por convecção com o ar ambiente a 35ºC com coeficiente de transferência de calor por convecção de 8 W/m2K. A 
radiação solar incide na superfície à taxa de 150W/m2. Se a emissividade e a absorvidade da superfície externa são 
iguais a 0,8, DETERMINE de qual material a parede deve ser fabricada. 
Obrigatório deixar memória de cálculo e desenho do Volume de controle 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Material K (W/m.K 
Placa de compensado 0,12 
Tijolo comum 0,70 
Tijolo a vista 1,30 
Concreto 0,79