lista exercícios condução com geração

Prévia do material em texto

Bacharelado em Engenharia Mecânica
	Unidade Curricular:
	Transferência de calor e Massa
	Turma:
	
	Professor:
	Marlene Guevara dos Santos
	Ano/semestre:2016/2
	Data:
	Aluno (a)
	 
	
	Lista de exercícios- condução unidimensional, regime permanente, com geração de energia interna.
1) Um delgado chip de silício de resistência térmica desprezível e uma base de alumínio de 8 mm de espessura ( k = 238 W/m.K ) são separados por uma cola de epoxy de resistência térmica 0,9 x 10-4 K/W. A face superior do chip e a face inferior da base de alumínio estão expostas ao ar na temperatura de 298 K e com coeficiente de película de 100 W/m2.K. O chip dissipa calor na razão de 104 W por m2 de superfície ( inferior e superior ) e sua temperatura deve ser mantida abaixo de 85°C ( desprezar a transferência de calor pelas áreas laterais ). a) responda se a temperatura do chip ficará abaixo da máxima temperatura permitida. b) Calcule qual deveria ser a resistência da cola para que o limite de temperatura do chip seja ultrapassado em 1 K.
	
Resposta: 75,3°C rtc=0,0056K/w--9
2) Um painel de circuitos elétricos possui uma camada de 1mm de substrato, k = 0,95 W/mK, uma camada de1,5 mm de plástico, k = 0,4 W/mK, exposta a um coeficiente convectivo externo h= 35 W/m²K do óleo de refrigeração, mantido a 25°C. Se o circuito elétrico gera 1000 W/m², quão quente ele vai estar? 
Considere a superfície inferior adiabática
Solução: 57,32ºC; 
3) Um fio de cobre de 3 mm de diâmetro e 5 m de comprimento é usado para transporte de energia elétrica. A resistência elétrica do fio dissipa 80 W de calor. O isolamento do fio é de plástico com condu\tividade térmica de 0,15W/mK. Se o fio está em um ambiente a 30°C com coeficiente de convecção de 12W/m2°C . Determine espessura do isolamento para que a temperatura da interface fio/isolamento seja mínima e a temperatura nesta condição. 
Resp: 11 mm e 82,9°C
4) Um fio elétrico de 2 mm de diâmetro e 10 m de comprimento está bem isolado com um material plástico de 1 mm de espessura cuja condutividade térmica é k = 0,15 W/ m.ºC. As dimensões elétricas indicam que por este fio passa uma corrente de 10 A e se tem uma queda de voltagem de 8 V ao longo do mesmo. Se o fio isolado está exposto ao ambiente com T∞ = 30°C e um coeficiente de transferência de calor por convecção h= 24 W/m2 .ºC, determine: a) a temperatura na interface do fio com o isolante plástico em operação de estado estacionário. b) o raio crítico do material isolante. Dica: Potência elétrica (P) =q=U.I , onde U-voltagem e I-corrente elétrica. Resposta: a) T=62 ºC; b) rc = 6,25 mm.
5) Considere uma placa de aço inoxidável de 3 cm de espessura (k = 15,1 W/m.ºC) na qual há geração de calor uniforme de 5 x 105 W/m3 . Ambos os lados da placa estão expostos a um meio de 30°C, com um coeficiente de transferência de calor de 60 W/m2 .ºC. Indique em quais pontos da placa estão localizadas a temperatura mais alta e a mais baixa, e determine seus valores. Dica: Utilizar condição de simetria (2L = 3cm) Resposta: T0= 158,7 ºC e Ts= 155,0 ºC.
6) Considere uma placa de latão de 5 cm de espessura (k = 110 W/m. ºC) na qual há geração de calor uniforme de 2 x 105 W/m3 . Um dos lados da placa está isolado, e o outro lado está exposto a um meio de 25ºC, com um coeficiente de transferência de calor de 44 W/m2 .ºC. Indique em quais pontos da placa estão localizadas a temperatura mais alta e a mais baixa, e determine seus valores. Resposta: T0= 254,5 ºC e Ts= 252,3 ºC
7) Uma parede plana, com espessura de 0,1m e condutividade térmica de 25 W/ (m.K), apresenta uma taxa volumétrica de geração de calor uniforme de 0,3 MW/m3 . A parede está isolada em um de seus lados, enquanto o outro lado encontra-se exposto a um fluido a 92°C. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre a parede e o fluido é de 500 W/(m2 .K). Determine a temperatura máxima na parede. Resposta: a) T0= 212ºC