Lista de exercicios2-20192S

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2ª LISTA DE EXERCÍCIOS 
Não e necessário entregar. 
Transferência de calor 
Condução 
 
1) O que a resistência térmica do meio representa? 
2) Numa parede plana sujeita a um fluxo de calor constante “q” constante, como se pode diminuir 
pela metade a diferença de temperatura entre suas faces? 
3) Considere uma transferência de calor permanente através da parede da sala no inverno. O 
coeficiente de transferência de calor por convecção da superfície externa da parede é três vezes o 
da superfície interna, como resultado dos ventos. Em que superfície da parede a temperatura será 
mais próxima da temperatura do ar circundante? Explique. 
4) O fundo da panela é feito de uma camada de alumínio de 4 mm de espessura. A fim de aumentar a 
taxa de transferência de calor através do fundo da panela, alguém propõe um projeto em que o 
fundo é constituído por uma camada de cobre de 3mm de espessura colada entre as duas camadas 
de alumínio de 2mm de espessura. O novo projeto permitirá conduzir melhor o calor? Explique. 
5) Um tubo de aço (k = 35 kcal/h.m.oC) tem diâmetro externo de 3”, espessura de 0,2”, 150 m de 
comprimento e transporta amônia a -20 oC (convecção na película interna desprezível). Para 
isolamento do tubo existem duas opções : isolamento de borracha (k = 0,13 kcal/h.m.oC) de 3” de 
espessura ou isolamento de isopor (k = 0,24 kcal/h.m.oC) de 2” de espessura. Por razões de ordem 
técnica o máximo fluxo de calor não pode ultrapassar 7.000 Kcal/h. Sabendo que a temperatura na 
face externa do isolamento é 40 oC, pede-se : 
a) As resistências térmicas dos dois isolamentos; 
b) Calcule o fluxo de calor para cada opção de isolante e diga qual isolamento deve ser 
usado; 
c) Para o que não deve ser usado, calcule qual deveria ser a espessura mínima para atender 
o limite. 
R.: a) Rb=0,00897h.
oC/Kcal; Ri=0,00375 h.
oC/Kcal; 
b) qb = 6685,7Kcal h ;qi= 15.981,7 Kcal h; (deve ser usado o isolamento de borracha); 
 c) e=8,9” 
6) Considere uma janela de painel duplo de 0,8 m de altura, 1,5 m de largura composta por duas 
placas de vidro (k = 0,78W/.m.K ) de 4 mm de espessura, separadas por um espaço de ar estagnado 
(kc=0,026 W/mK) de 10 mm de largura (figura). Determine a taxa de transferência de calor através 
desta janela de painel duplo e a temperatura de sua superfície interna no dia em que a sala estiver 
a 20 oC, enquanto a superfície externa for de -10 oC. Considere o coeficiente de transferência de 
calor por convecção sobre as superfícies interna e externa da janela como h1=10 W/m
2K e h2= 40 
W/m2K. Selecione ainda um material para substituir o ar entre as placas de vidro para que se possa 
manter a temperatura no interior da sala a 25 oC com o mesmo fluxo de calor. 
 
7) Considere uma parede de 5 m de altura, 8 m de comprimento e 0,22 m de espessura cuja seção 
transversal representativa é mostrada na figura. As condutividades térmicas dos vários materiais 
utilizados, em W/mK, são: kA=kF=2, KB=8, kC=20, kD=15 e kE=35. As superfícies esquerda e direita das 
paredes são mantidas em temperaturas uniformes de 300 oC e 100 oC, respectivamente. Assumindo 
que a transferência de calor através da parede é unidimensional, determine: 
a) A taxa de transferência de calor através da parede; 
b) A temperatura no ponto em que as seções B, D e E se encontram; 
c) A queda de temperatura através da seção F. 
 
 
8) Na indústria farmacêutica, um tubo de cobre (kc=400 W/mK) com diâmetro interno de 20 mm e 
espessura de parede de 2,5 mm e comprimento de L=1 m (figura) é usado para o transporte de 
oxigênio líquido para o tanque de armazenamento. O oxigênio líquido que flui no tubo tem 
temperatura média de -200 oC e coeficiente de transferência de calor pó convecção de 120 W/m2K. 
A condição em torno do tubo tem temperatura ambiente de 20 oC e coeficiente de transferência de 
calor combinada de 20 W/m2K. Se o ponto de orvalho é de 10 oC, determine a espessura do 
isolamento (ki=0,05 W/mK) em torno do tubo de cobre para evitar a condensação na superfície 
externa considerando um fluxo de calor de 40,8 W. Qual é a temperatura na interface entre o tubo 
de cobre e o isolamento? 
 
R.: a) e=20 mm; 
b) T= - 199,4 oC; 
9) Vapor escoando em um tubo longo com paredes finas (figura) mantém a sua parede a uma 
temperatura uniforme de 500 K. O tubo é coberto por uma manta de isolamento térmica composta 
por dois materiais deferentes A e B. A superfície externa está exposta ao ar, onde T∞=300K e h= 25 
W/m2K. 
a) Esboce o circuito térmico para o sistema. Identifique (utilizando os símbolos da figura), 
todos os nós e resistências; 
b) Qual é a perda de calor total pelo tubo? Quais são as temperaturas na superfície Ts,2(A) e 
Ts,2(B). 
 
 
 
 
 
Radiação térmica 
 
10) Os gases quentes do interior de uma fornalha são separados do ambiente a 25 oC (h = 17,2 
Kcal/hm2oC ) por uma parede de tijolos de 15 cm de espessura. Os tijolos tem uma condutividade 
de 1,0 kcal/h.m.oC e uma emissividade de 0,8 . A temperatura da superfície externa da parede da 
fornalha é 100 oC. Considerando que a fornalha está em um grande compartimento cuja 
temperatura da superfície é igual a temperatura ambiente, qual é a temperatura da superfície 
interna da parede da fornalha ? 
R.: 360,7 °C 
11) Um reator em uma indústria trabalha a 600 oC em um local onde a temperatura ambiente é 17 oC e 
o coeficiente de película externo é 40 Kcal/h.m2.oC. O reator foi construído de aço inox (ε = 0,06 ) 
com 2 m de diâmetro e 3 m de comprimento. Tendo em vista o alto fluxo de calor, deseja-se isolá-
lo com uma camada de lã de rocha (k= 0,05 kcal/h moC e ε = 0,75 ) para reduzir a transferência de 
calor em 10 %. A troca térmica acontece apenas pela área lateral cilíndrica do reator. Considerando 
que o reator está em um grande compartimento cuja temperatura da superfície é igual a 
temperatura ambiente Calcular: 
a) o fluxo de calor (radiação e convecção) antes do isolamento; 
b) A parcela transferida por convecção após o isolamento. 
12) Vapor d'água saturado a 255 oC escoa por um tubo de parede fina de diâmetro externo igual a 20 
cm. A tubulação atravessa um amplo salão de 10 m de comprimento e cujas paredes estão à 
mesma temperatura de 25 oC do ambiente (har= 5 kcal/h.m
2.oC). Deseja-se pintar a superfície do 
tubo de maneira que ao sair do recinto, o vapor no interior do tubo se encontre com apenas 5% de 
sua massa não condensada. No almoxarifado da indústria dispõe-se de 3 tintas cujas emissividade 
são: tinta A - εa=1; tinta B - εb=0,86 e tinta C - εc= 0,65. Sabendo que o calor latente de 
vaporização nestas condições é 404 Kcal/Kg, determinar: 
a) a tinta com a qual devemos pintar o tubo, sabendo-se que a vazão de vapor é 55,2 kg/h; 
b) a energia radiante por unidade de comprimento após a pintura. 
R.: Tinta C; 1.392 Kcal/h (p/ m de tubo)