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Operações Unitárias - Lista de Exercícios 01 
Questão 01: Um equipamento de ar condicionado deve manter uma sala, de 15 m de comprimento, 6 mde 
largura e 3 m de altura a 22 °C. As paredes da sala, de 25 cm de espessura, são feitas de tijolos 
comcondutividade térmica de 0,14 Kcal/h.m.°C e a área das janelas são consideradas desprezíveis. A face 
externadas paredes pode estar até a 40 °C em um dia de verão. Desprezando a troca de calor pelo piso e 
teto, que estãobem isolados, pede-se o calor a ser extraído da sala pelo condicionador (em HP). Dado: 
1HP = 641,2 Kcal/h 
 
Questão 02: Uma camada de material refratário (k=1,5 kcal/h.m.°C) de 50 mm de espessura 
estálocalizada entre duas chapas de aço (k = 45 kcal/h.m°C) de 6,3 mm de espessura. As faces da 
camadarefratária adjacentes às placas são rugosas de modo que apenas 30 % da área total está em 
contato com o aço.Os espaços vazios são ocupados por ar (k=0,013 kcal/h.m.°C) e a espessura média da 
rugosidade de 0,8 mm.Considerando que as temperaturas das superfícies externas da placa de aço são 
430 °C e 90 °C,respectivamente; calcule o fluxo de calor que se estabelece na parede composta. OBS: Na 
rugosidade, o ar estáparado (considerar apenas a condução) 
 
Questão 03: Considere uma lâmpada incandescente de 150 W. O filamento da lâmpada tem 5 cm de 
comprimento e diâmetro de 0,5 mm. O diâmetro do bulbo de vidro da lâmpada é de 8 cm. Determine o 
fluxo de calor em W/m2. (a) na superfície do filamento e (b) na superfície de vidro da lâmpada e (c) calcule 
quanto irá custar por ano para manter a luz acesa 8 h/dia, todos os dias, com um custo da eletricidade de 
$0,08 /kWh. 
 
Questão 04: Um tanque de aço (k = 40 Kcal/h.m.°C), de formato esférico e raio interno de 0,5 m 
eespessura de 5 mm, é isolado com 1½" de lã de rocha (k = 0,04 Kcal/h.m.°C). A temperatura da 
faceinternado tanque é 220 °C e a da face externa do isolante é 30 °C. Após alguns anos de utilização, a 
lã de rocha foisubstituída por outro isolante, também de 1½" de espessura, tendo sido notado então um 
aumento de 10% nocalor perdido para o ambiente (mantiveram-se as demais condições). Determinar: 
 
a) fluxo de calor pelo tanque isolado com lã de rocha; 
b) o coeficiente de condutividade térmica do novo isolante; 
c) qual deveria ser a espessura (em polegadas) do novo isolante para que se tenha o mesmo fluxo de 
calorqueera trocado com a lã de rocha. 
 
Questão 05: Em uma placa plana de 150 mm de comprimento e 100 mm de largura, 
eletricamenteaquecida, a máxima temperatura permissível no centro da placa é 135 °C. Para este caso 
específico o número deGrashof é 2,2 x 107 e o número de Prandt é 0,7. Sabendo que a equação empírica, 
obtida com o auxílio daanálise dimensional, que descreve a convecção natural (regime laminar) em uma 
placa plana é dada pelaequação abaixo: 
 
Calcular o fluxo de calor transferido por convecção, por ambos lados da placa, para o ar atmosférico a 
25°C ( kar = 0,026 Kcal/h.m.°C ). 
Questão 06: Em uma instalação industrial, ar quente a 300 °C flui sobre uma placa fina metálica 
plana,com velocidade de 36 km/h. Como a placa contém alguns sensores, a mesma deve ser mantida a 
umatemperatura de 27 °C. Para isto, utiliza-se um sistema de refrigeração composto por tubos sob a 
placa, por ondecircula água de refrigeração. Considerando que a placa é quadrada, com 1,5 m de lado, 
determine o fluxo decalor a ser extraído pelo sistema de refrigeração para manter a placa na temperatura 
de 27 °C. 
 
 
 
Dados/Informações adicionais: 
- Considere regime permanente e despreze os efeitos da radiação e da condução. 
 
- Para fluxo laminar (Re < 500000): 
 
- Para fluxo turbulento (Re > 500000): 
Questão 07: Um tanque de formato cúbico é utilizado para armazenar um produto químico a 210 °C, com 
coeficiente de película de 80 W/m2.°C. A parede do tanque é constituída de uma camada interna à base de 
carbono (k = 22 W/m.K) de 40 mm de espessura, uma camada intermediária de refratário (k = 0,212 
W/m.K) e um invólucro de aço (k = 60 W/m.K) com 10 mm de espessura. Por motivo de segurança dos 
trabalhadores, atemperatura da superfície externa do aço não deve ser maior que 60 °C. Considerando 
que a temperatura ambiente é 30 °C, com coeficiente de película externo de 20 W/m2.K, determine: 
a) a espessura mínima do refratário para atender a condição de 
segurança; 
b) a temperatura da superfície externa do aço se a camada de 
refratário for substituída por uma de isolante (k =0,0289 
W/m.K) de mesma espessura. 
 
 
 
 
 
Questão 08: Um dissipador de calor consiste de uma placa plana de alumínio (k = 175 Kcal/h.m.°C) de 
resistência térmica desprezível com aletas retangulares de 1,5 mm de espessura e 12 mm de largura, 
espaçadasentre si de 12 mm, ocupando toda a largura da placa. O lado com aletas está em 
contatocom ar a 40 °C ecoeficiente de película 25 Kcal/h.m2./°C. O lado sem aletas está fixado sobre 
umasuperfície a 150 °C. Calculepor unidade de área da placa o fluxo de calor.