Lista Exercícios 1_FT_2_2020

Prévia do material em texto

1 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
102091-ENPE C - Fenômenos de Transporte 2 (turmas A e B) 
Prof. Maria do Carmo Ferreira 
 
 
Lista 1 – Mecanismos de Transferência de Calor e Cálculo de Taxas 
 
1- As superfícies interna e externa de uma parede de tijolos (k=0,69 
W/m.K) com dimensões de 4x7 m e 30 cm de espessura, são 
mantidas a 20oC e 5oC, respectivamente. Qual é a taxa de perda de 
calor através da parede, em W, para um processo em regime 
estacionário? 
Resposta: 966 W 
 
2- Em uma placa de circuito eletrônico o calor dissipado na superfície de 
um chip de silicone (ks=130 W/m.K) é conduzido até um substrato de 
cerâmica que é 
mantido em 
contato com o chip 
(ver figura). O chip 
tem 6 mm x 6 mm e 
espessura de 1 mm 
e dissipa 3 W de 
potência. 
Desprezando as 
perdas de calor 
através das paredes laterais de 0,5 mm de espessura, estime a 
diferença de temperatura entre as faces superior e inferior do chip 
em condições de regime estacionário. 
Resposta:0,64oC 
 
 
 
 
 
3- Uma placa fina metálica é isolada na superfície traseira e exposta à 
radiação solar na superfície frontal (ver figura). A superfície exposta 
da placa tem absortividade de 0,7 
para a radiação solar. Se a radiação 
solar incide sobre a placa a uma 
taxa de 550 W/m2 e a 
temperatura do ar circundante é 
10 °C, determine a temperatura da 
superfície da placa quando a perda 
de calor por convecção se iguala à 
energia solar absorvida pela placa. 
Considere o coeficiente de 
transferência de calor por 
convecção como 25 W/m2.K e ignore qualquer perda de calor por 
radiação. 
Resposta: 35,4oC 
 
4- Considere uma casa que ocupa um espaço de 200 m2 e altura média 
de 3 m, localizada no nível do mar, onde a pressão atmosférica 
padrão é 101,3 kPa. Em um dia de inverno, a casa está inicialmente a 
uma temperatura uniforme de 10 °C. Um aquecedor elétrico é ligado 
e aquece o ar no interior da casa até que a temperatura alcance um 
valor médio de 22 °C. Determine: (a) a quantidade de calor absorvido 
pelo ar assumindo que o ar escapa pelas frestas quando se expande 
pelo aquecimento, de forma que a pressão se mantém constante; (b) 
o custo desse aquecimento, considerando que o custo unitário da 
eletricidade na área é de R$ 0,40/kWh (1 kWh=3600 kJ). 
Resposta: (a) 9038 kJ; (b) R$ 1,00 
 
2 
 
 
 
5- Um secador de cabelo é basicamente um duto no qual algumas 
camadas de resistências elétricas são colocadas. Um pequeno 
ventilador puxa o ar e força-o a fluir ao longo dos resistores, onde é 
aquecido. O ar entra em um secador de cabelo com 900 W de 
potência a 100 kPa e 25 °C e sai a 50 °C. A área transversal na saída 
do secador de cabelo é 60 cm2. Desprezando a potência consumida 
pelo ventilador e as perdas de calor por meio das paredes do secador, 
determine (a) a vazão volumétrica de ar na entrada e (b) a velocida- 
de do ar na saída. 
 
Respostas: (a) 0,0306 m3/s, (b) 5,52 m/s 
 
6- Um chip quadrado, com lado w=5 mm opera em condições 
isotérmicas. O chip está posicionado em um substrato de forma que 
suas superfícies laterais e inferior estão termicamente isolados, 
enquando a superfície está exposta ao escoamento de ar a Tꚙ=15oC. 
Para garantir a confiabilidade do dispositivo, a temperatura do chip 
não pode ser maior do que 85oC. Se o coeficiente convectivo é h-200 
W/(m2.K), qual a potência máxima permitida para o chip? 
Resposta: 5,25 W. 
 
 
7- Uma tubulação industrial de vapor de água não isolada termicamente 
possui 25 m de comprimento e 100 mm de diâmetro. Essa linha 
atravessa uma construção cujas paredes e ar ambiente estão a 25oC. 
O vapor pressurizado mantém a superfície do tubo a 150oC e o 
coeficiente convectivo é 10 W/(m.K). A emissividade da superfície é 
ε=0,8. Estime: (a) a perda de calor nessa linha; (b) sendo o vapor 
gerado em uma caldeira que opera com eficiência de 90% e utiliza gás 
natural cotado a R$0,20/MJ, qual o custo anual dessa perda de calor? 
Resposta: (a) 18,41 W; (b) R$64.500. 
________________________________________________________ 
Notas 
1. Essa lista visa reforçar os conceitos vistos na primeira aula e em 
disciplinas anteriores, não é uma atividade de avaliação. Tentem 
resolvê-la para identificar onde têm dificuldades e o que precisa 
ser reforçado. 
2. Tabelas completas de propriedades físicas são uma ferramenta 
imprescindível nesse curso, todos os alunos precisam ter uma! 
Existem tabelas disponíveis como apêndices em livros de 
Fenômenos de Transporte, também podem ser usados 
handbooks, como o Perry, por exemplo. Atualmente 
encontramos aplicativos que fornecem as propriedades físicas 
dos fluidos mais comuns em diferentes pressões e temperaturas 
(é prático pois evita a necessidade de interpolações para 
diferentes temperaturas). As versões gratuitas em geral são 
limitadas mas em geral suficientes para nosso uso. Uma opção 
que já testei é o MiniREFPROF, pode ser que existam outras, não 
custa verificar! 
3. Para a resolução desta lista (e de todas as outras), propriedades 
eventualmente não informadas devem ser obtidas em uma 
referência apropriada. Se necessário os valores devem ser 
interpolados para a temperatura do problema. 
________________________________________________________