Lista Exercícios 7_2020 docx

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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 7 – Condução de calor em regime transiente 
1. O asfalto de uma estrada está inicialmente na temperatura uniforme 
de 55 °C. De repente, a temperatura da superfície da estrada é 
reduzida a 25 °C devido à chuva. Determine a temperatura na 
profundidade de 3 cm da superfície da estrada e o fluxo de calor 
transferido na estrada depois de 60 minutos. Suponha que a 
temperatura da superfície da estrada seja mantida a 25 °C e as 
seguintes propriedades para o asfato: ρ=2115 kg/m3, cp=920 J/(kg.K), 
k=0,062 W/(m.K). 
Respostas: 53,6 °C, 98 W/m2. 
 
2. Uma parede grossa de concreto (α=7,0x10-7 m2/s, k=1,37 W/(m.K)) 
inicialmente a uma temperatura uniforme de 54°C é repentinamente 
submetida a uma corrente de ar a 10°C. O coeficiente de transferência 
de calor é 2,6 W/(m2.K). Calcule a temperatura numa profundidade de 
7 cm depois de 30 min. 
Resposta: 53,6oC. 
 
3. Laranjas de 6 cm de diâmetro (k=0,45 W/(m.°C) e α=1,3x10-7 m2/s) 
inicialmente a uma temperatura uniforme de 26°C devem ser 
refrigeradas em um escoamento de ar a -4°C e velocidade de 0,3 m/s. 
O coeficiente médio de transferência de calor entre as laranjas e o ar 
é 26 W/(m2.°C). Determine o tempo necessário para que a 
temperatura no centro das laranjas caia para 4°C. Assumindo que a 
temperatura de congelamento da laranja é a mesa da água, determine 
se alguma parte da laranja congelará durante esse processo. 
Resposta: 55 min 
 
4. Uma placa de bronze aquecida tem sua superfície superior refrigerada 
por jato de ar a uma temperatura de 15 °C, com coeficiente de 
transferência calor por convecção de 220 W/(m2.K). A placa de bronze 
possui 10 cm de espessura, (ρ=8530 kg/m3, cp=380 J/(kg.K), k=110 
W/(m.K)) tem temperatura uniforme inicial de 650°C, e sua superfície 
inferior é termicamente isolada. Determine a temperatura no centro 
da placa de bronze após 3 minutos de resfriamento. 
Resposta: 585oC 
 
5. Em uma instalação industrial, placas grandes de bronze (k=110 
W/(m.K), ρ=8530 kg/m3,cp=380 J/(kg.K)) de 3 cm de espessura, 
inicialmente a uma temperatura uniforme de 25 °C, são aquecidas pela 
passagem no interior de um forno mantido a 700 °C. As placas 
permanecem no forno durante 10 minutos. Considerando o 
coeficiente de transferência de calor por convecção h=80 W/(m2.K), 
determine a temperatura da superfície das placas quando saem do 
forno. 
Resposta: 445oC. 
6. Um eixo cilíndrico longo de aço inoxidável 304 (k=14,9 W/(m.K), 
ρ=7900 kg/m3, cp=477 J/(kg.K)) de 35 cm de diâmetro é retirado de 
uma estufa a uma temperatura uniforme de 500 °C. O eixo é, então, 
esfriado lentamente em uma câmara a 150 °C com coeficiente médio 
de transferência de calor por convecção igual a 60 W/(m2.K). 
Determine: 
(a) a temperatura no centro do eixo 20 minutos após o início do 
processo de resfriamento; 
(b) a transferência de calor por unidade de comprimento do eixo 
durante esse período. 
Respostas: 486 °C, 22270 kJ 
 
7. Um tarugo de madeira cilíndrico (k=0,17 W/(m.K) e α=1,28 x10-7 m2/s) 
tem 10 cm de diâmetro e está inicialmente na tem peratura uniforme 
de 25 °C. É exposto a gases quentes a 600 °C na lareira com coeficiente 
de transferência de calor na superfície de 13,6 W/(m2.K). 
Considerando que a temperatura de ignição da madeira é 420 °C, 
determine quanto tempo demora antes que o tarugo inflame. 
Resposta: 46,2 min