Exer-cap1-Incropera-resolvidos (1)

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1. A superfície interna de uma camada isolante está a 270 oC e a superfície externa está dissipando calor por convecção para o ar a 20 oC. A camada isolante tem 4 cm de espessura e uma condutividade térmica de 1,20 W /(m.oC). Qual é o valor mínimo do coeficiente de transferência de calor na superfície externa para que a temperatura dessa superfície não exceda 70 oC?
2. A face de uma chapa de aço inoxidável com 10 mm de espessura (k= 15 W/(m.K) é mantida a 90 oC pela condensação de vapor d’água, enquanto a face oposta é submetida a um corrente de ar com T∞ = 20 oC e h=25 W(m2.K). Qual a temperature da superfície vizinha à corrente de ar?
3. Considere uma janela com 300 mm x 300 mm em um avião. Para uma diferença de temperatura de 80 oC entre as superfícies interna e externa da janela, calcule a perda térmica através da janela com L = 10 mm de espessura através dos seguintes materiais: policarbonato, aerogel. As condutividades térmicas do arerogel e do policarbonato são kag = 0,014 W/(m.K) e kpc = 0,21 W/(m.K), respectivamente. Se o avião tiver 130 janelas e o custo para aquecer o ar da cabine de 1$/(kW.h), compare os custos associados as perdas térmicas através das janelas em voo internacional de 8 horas para cada um dois materiais.
4. Um aquecedor elétrico de cartucho possui a forma de um cilindro, com comprimento L = 200 mm. Em condições normais de operação, o aquecedor dissipa 2 kW quando submerso em um corrente de água a 20 oC 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 de água for inadvertidamente eliminado e o aquecedor permanecer em operação, sua superfície passa a ser exposta ao ar, que também se encontra a 20 oC, mas com h = 50 W(m2.K). Para esta nova situação qual será a temperatura superficial correspondente? Quais as consequências de tal evento?
4. O teto de um carro em um estacionamento absorve um fluxo solar radiante de 800 W/m2. A superfície inferior do teto encontra-se isolada termicamente. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre o teto do carro e o ar ambiente é de 12 W/(m2.K). a) Desprezando a troca térmica por radiação com a vizinhança, calcule a temperatura do teto em condições de regime permanente, se a temperatura do ar ambiente for de 20 oC. b) Para a mesma temperatura do ar ambiente, calcule a temperatura do teto considerando que o teto do carro emite radiação com uma emissividade igual a 0,8.
6. Qual a espessura requerida para uma parede de alvenaria com condutividade térmica igual a 0,75 W/(m.K), se a taxa de transferência de calor deve ser 80% da taxa de transferência através de uma parede estrutural composta com uma condutividade térmica de 0,25 W/(m.K) e espessura de 100 mm? A diferença de temperaturas superficiais impostas nas duas paredes é a mesma.
7. Fornos de convecção operam com base no princípio de promover convecção forçada em uma câmara interna com um ventilador. Um bolo pequeno deve ser assado em um forno quando o dispositivo convectivo está desativado. Nessa situação, o coeficiente convectivo por convecção natural associado ao bolo e à sua forma é de hnat = 3 W/(m2.K). O ar no interior do forno e as superfícies internas do forno encontram-se a T∞ = Tviz = 180 oC. Determine o fluxo de calor para a forma de bolo e a sua massa quando eles são colocados no forno a uma temperatura inicial de Ti = 24 oC. Se o dispositivo convectivo for ativado, o coeficiente convectivo por convecção forçada passa a ser de hfor = 27 W/(m2.K). Qual é o fluxo térmico na massa se o dispositivo convectivo estiver ativado? Considere a superfície da forma como sendo cinzenta e tendo emissividade igual a 0,97.
8. Uma placa de alumínio, com 4mm de espessura, encontra-se na posição horizontal e sua superfície inferior está isolada termicamente. Um fino revestimento especial é aplicado sobre sua superfície superior de tal forma que ela absorva 80 % de qualquer radiação solar nela incidente, enquanto tem uma emissividade de 0,25. A densidade  e o calor específico c do alumínio são conhecidos, sendo iguais a 2700 kg/m3 e 900 J/(kg.K), respectivamente. 
a) Considere condições nas quais a placa está à temperatura de 25 oC e a sua superfície superior é subitamente exposta ao ar ambiente a T = 20 oC e à radiação solar que fornece um fluxo incidente de 900 W/m2. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre a superfície e o ar é 20 W/(m2.K). Qual é a taxa inicial da variação da temperatura da placa? (Sugestão: Despreze o gradiente de temperatura na placa).
b) Qual será a temperatura de equilíbrio da placa quando condições de regime permanente forem atingidas? 
 
m
 
w