Lista Exercícios 5_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 5 – Condução Unidimensional em Regime Permanente – 
Transferência de Calor em Aletas 
 
1- Dois tubos com 3 m de comprimento e espessura de parede de 0,4 cm, 
construídos de ferro fundido (k=52 W/(m.K)) são conectados através 
de flanges com 1 cm de espessura e diâmetro externo de 20 cm (ver 
figura ao lado). No interior dos tubos escoa vapor a uma 200 oC, com 
um coeficiente convectivo hi=180 W/(m2.K). A superfície externa dos 
tubos é exposta ao ar ambiente a 
12 oC, com coeficiente he= 25 
W/(m2.K). 
(a) Desconsiderando a presença 
das flanges estime a 
temperatura média na 
superfície externa do tubo; 
(b) Usando esta temperatura 
como a temperatura na base 
das flanges, que podem ser 
consideradas uma aleta 
circular com 2 cm de espessura, determine a eficiência e a taxa de 
transferência de calor dissipada nas flanges; 
(c) Qual o comprimento linear equivalente das flanges em termos de 
transferência de calor? 
Respostas: (a) 175,4 oC; (b) 88%; 215 W; (c) 16,8 cm 
2- Aletas de cobre (k=400 W/(m.K)) de formato tubular, com diâmetro 
D=1 mm e comprimento L=25,5 mm, são usadas para aumentar a 
transferência de calor de uma superfície que é mantida a 132 oC. Cada 
aleta tem uma das extremidades fixada a esta superfície e a 
extremidade oposta está fixada em uma segunda superfície cuja 
temperatura é 0 oC. O ar ambiente está a 0 oC, com h=100 W/(m2.K). 
(a) Obtenha uma expressão que descreva a variação da temperatura 
ao longo do comprimento da aleta; 
(b) Obtenha a temperatura na posição equivalente à metade do 
comprimento da aleta; 
(c) Determine a taxa de transferência de calor para uma aleta e avalie 
se o uso de aletas é justificado nesse caso; 
Respostas: (b) 61,6oC; (c) 1,97 W 
 
3- Em um sistema de aquecimento, vapor escoa através de tubos cujo 
diâmetro externo é 5 cm e cujas paredes são mantidas a 180 oC. Aletas 
circulares de liga de alumínio 2024-T6 (k=186 W/(m.K)) com 6 cm de 
diâmetro externo e espessura de 1 mm são instaladas no tubo. O 
espaçamento entre as aletas é de 3 mm, o que resulta em 250 aletas 
por m de tubo. O calor é dissipado para o ar ambiente a 25 oC, com um 
coeficiente de transferência de calor igual a 40 W/(m2.K). Estime a 
eficiência das aletas e o ganho na transferência de calor proporcionado 
pelo uso das aletas. 
Respostas: 97% e 2639 W. 
 
4- Uma superfície aquecida a 100oC deve ser resfriada por aletas de 
alumínio (k=237 W/(m.K)) com 0,25 cm de diâmetro e 3 cm de 
comprimento. As aletas são separadas por um distância de 0,6 cm de 
centro a centro (ver figura). A temperatura do ar ambiente é de 30 oC, 
com h=35 W/(m2.K). 
 
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(a) Determine a taxa de transferência de calor a partir de uma 
superfície aletada com área de 1m2; 
(b) Estime a temperatura na extremidade das aletas; 
(c) Determine a efetividade global para o sistema. 
 Respostas: (a) 17,4 kW; (c) 7,10