Lista Exercícios 3_FT_2_2020

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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 3 –Condução Unidimensional em Regime Permanente – 
Sistemas com Paredes Compostas 
 
1- Uma indústria está testando um novo adesivo polimérico no formato 
de uma fita fina e transparente com espessura Lf=500 μm e 
condutividade térmica igual a 
0,03 W/(m2.K).. No processo de 
fabricação, o adesivo passa por 
uma etapa de cura, que consiste 
em colocar a fita em contato 
com uma superfície de borracha 
rígida de espessura Lb=2,0 mm 
(kb= 0,16 W/(m.K)), mantendo 
uma temperatura de 70oC na interface fita adesiva-borracha pelo 
fornecimento de calor proveniente de uma lâmpada de infra-
vermelho (IV). A lâmpada emite um fluxo de radiação q”0 (W/m2) 
sobre a superfície da fita adesiva, que é transparente e não absorve a 
radiação, de modo que esta é absorvida na interface fita adesiva-
borracha (ver figura). A superfície inferior da borracha é mantida a 
T2=40oC e a superfície superior da fita adesiva é exposta a uma 
corrente de ar com temperatura de 30oC e h=65 W/(m2.K). O 
processo de cura é longo o suficiente para que se assuma condições 
de regime estacionário para a transferência de calor. Você é 
estagiário da fábrica e seu supervisor solicita um relatório técnico 
com as seguintes informações: 
(a) a potência da lâmpada requerida por unidade de área para garantir que 
a temperatura na interface fita adesiva-borracha se mantenha no valor 
especificado; 
(b) caso ocorram oscilações na espessura da fita decorrentes do processo de 
fabricação, será possível ajustar a potência da lâmpada de forma a 
manter a temperatura da interface no valor especificado? Se for o caso, 
indique como a potência deve variar em função da espessura. 
Resposta: (a) 3648 W/m2 
 
2- A porta frontal de um forno é composta por paredes constituídas pelos 
materiais A, B e C, justapostos. As paredes que compõem a porta 
possuem condutividades térmicas, kA= 20 W/(m.K), kB= 0,027 W/(m.K) e 
kC= 50 W/(m.K) e espessuras conhecidas LA=0,30 m e LC=0,15 m. Na 
operação em regime estacionário, medições indicam que as 
temperaturas do ar no interior do forno e de suas paredes internas são 
iguais a 600 oC (a temperatura da superfície interna da porta não é 
conhecida). O coeficiente convectivo do ar (interno e externo ao forno) é 
25 W/(m2.K) e o coeficiente de radiação é hr=25 W/m2K. Do lado externo 
o ar está a 25oC. Com base nessas informações: 
(a) esquematize o circuito térmico para o sistema; 
(b) estime a espessura mínima da parede B para garantir que a 
temperatura da superfície externa da porta (exposta ao ar ambiente) 
seja ≤40oC de forma a garantir a segurança dos operadores; 
(c) estime a temperatura da superfície da parede interna do forno. 
Resposta: (b) 40 mm; (c) 592,5oC 
 
 
 
 
 
 
 
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3- Uma casa localizada no sul do país foi construída utilizando janelas 
duplas para reduzir a perda de calor para o ambiente externo em dias 
muito frios. Considere que a casa possui 6 janelas com 80 cm de altura e 
1,2 m de largura, cada uma constituída por 2 camadas de vidro (kv=1,4 
W/(m.oC) com 4 mm de espessura, separadas entre si por um 
espaçamento de 10 mm preenchido com ar estagnado (ka=0,024 
W/(m.K), desconsideramos efeitos de convecção natural). Em um dia 
em que o interior da casa é mantido a 22oC, com h=10 W/(m2.K) 
enquanto o ambiente externo está a 5oC com h=50 W/(m2.K), pede-se: 
(a) Qual a taxa de dissipação de calor através das janelas? 
(b) Quais as temperaturas nas superfícies dos vidros no interior e no 
exterior da casa? 
(c) Qual das resistências é a limitante no processo de dissipação de 
calor? 
(d) Estime o aumento na taxa de dissipação se considerarmos que a 
convecção natural do ar no espaço entre as janelas é caracterizada 
por um coeficiente convectivo h=5 W/(m.K). 
(e) Como o valor obtido no item (d) poderia ser reduzido? 
Respostas: (a) 180,5 W; (b) 18,9oC e 5,6oC; (d) aumenta em cerca de 
66%. 
 
4- Um tubo de aço inoxidável (AISI 304) com 36 mm de diâmetro interno e 
espessura de parede de 2 mm é usado para o transporte de um fluido 
refrigerado. O fluido é mantido a 6oC e o ar ambiente encontra-se a 
23oC, sendo os coeficientes convectivos dos lados interno e externo 
iguais a 100 W/(m2 oC) e 50 W/(m2 oC), respectivamente. Pede-se: 
(a) Estime o coeficiente global de transferência de calor para este 
processo e identifique a resistência limitante entre as resistências 
envolvidas; 
(b) Qual o ganho de calor por unidade de comprimento do tubo? 
(c) Qual a temperatura na superfície do tubo exposta ao ar? 
(d) Se for inserida uma camada de isolante de 10 mm na superfície 
exposta da tubulação (kiso=0,050 W/(m.K)), qual será o ganho de calor 
por unidade de comprimento do tubo e a nova temperatura da 
superfície exposta? 
Respostas: (a) Ui =35,6 W/m2.K (b) -68,4 W/m; (c) 12,1oC; (d) -11,4 W/m 
e 21,8oC. 
 
5- Um chip de silício é encapsulado de modo que, sob condições de regime 
estacionário, toda a 
potência dissipada 
por ele é transferida 
por convecção para 
uma corrente de 
fluido com h=1000 
W/(m2.K) e Tꚙ=25oC. 
Na superfície do chip é colocada uma placa de alumínio (k=237 W/(m.K)), 
com 2 mm de espessura, sendo que a resistência de contato na interface 
chip/alumínio é 0,5x10-4 (m2.K)/W. Se a área do chip é 100 mm2 e a 
temperatura máxima permitida é 85 oC, qual é a máxima dissipação de 
potência permitida no chip? 
Resposta: 5,7 W