ATPS Exercícios resolvidos Engenharia de Controle e Automação Fenômenos de Transporte I

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ATIVIDADES PRÁTICAS 
SUPERVISIONADAS 
 
Engenharia de Controle e Automação 
Fenômenos de Transporte I
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATPS
Exercícios resolvidos
Profª Tânia Mara Amorim4º A noturno
DESAFIO II
Jonatan Wemerson Andre
Julio Cesar Moreira
Alexandre de Barros
Célio Cristiano Paiva
R.A 0916396263
R.A 0901394271
R.A 0901347760
R.A 0901364056
Engenharia de Controle e Automação / Mecatrônica - Fenômenos de Transporte I 
 
 
 Maria Alice Amado Gouveia Venturini 1 
 
DESAFIO II 
Temperatura chega a -41°C na Noruega 
“O termômetro desceu aos 22 graus negativos no norte do país, mais concretamente, na Escócia. As 
baixas temperaturas sentidas na Escócia obrigaram o corte do fornecimento de gás a algumas 
empresas para racionar o combustível. O mau tempo também chegou à França, onde as 
autoridades colocaram 31 departamentos em alerta laranja, devido à neve e ao gelo. Na Espanha, o 
Norte e Leste do país emitiram avisos por causa da neve e da chuva. Na Alemanha, prevêem-se 
tempestades de neve para o fim-de-semana e, na Noruega, habituada aos Invernos rigorosos, foi 
registrada a temperatura mais baixa dos últimos 22 anos: 41ºC negativos. Noutros países, a 
ausência de neve não impede a existência de temperaturas consideradas glaciares, como é o caso 
da Polônia, onde 120 sem-abrigo morreram na última semana devido ao frio.” 
Texto adaptado - http://wwwdeolhonotempo.blogspot.com
 
 
 
 
 
O objetivo do desafio será distinguir e identificar os vários mecanismos de transferência de calor 
predominante no sistema estudado além de identificar e aplicar de modo adequado as equações de 
transferência de calor. 
 
A madeira é um ótimo material de construção quanto aos 
aspectos de conforto, plasticidade no projeto, rapidez d
montagem e durabilidade. Atualmente as construções 
residenciais em madeira representam 10% das 
construções na França, 20% na Alemanha e 60% na 
Finlândia. 
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 Maria Alice Amado Gouveia Venturini 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 José, filho do Sr. João percebeu que o ambiente ficou mais agradável e perguntou para o pai se 
ele saberia explicar os processos de transferência de calor que estavam ocorrendo 
durante o tempo que a lareira estava acesa. Quais os processos que o Sr. João explicou?
 
José também notou que quando foi abrir a porta para entrar na cozinha a maçaneta 
metal estava muito fria quando comparada com a estrutura da porta de 
madeira. Qual foi a explicação que o Sr.
ETAPA № 1 
 
� Aula-tema: Calor: definição, formas de calor e formas de transferências 
 
Sr João e a família receberam de presente passagens áreas para Frankfurt, Alemanha. A família 
se hospedou em uma casa de madeira localizada em uma linda região de montanha. Quando 
chegaram a Frankfurt, no final do outono e início do inverno, a temperatura local estava em 
torno de 6°C. Como a casa dispunha de uma lareira, e como a temperatura interna da casa 
registrada no termômetro era de 12 ºC, seu João teve a idéia de acender a lareira da sala a fim de 
aumentar o conforto do ambiente. 
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ETAPA № 2 
 
� Aula-tema: Lei de Fourier para escoamento unidirecional e regime permanente 
 
Anoiteceu e cansados da viagem a família foi dormir. João pegou um cobertor que possui uma 
área de 1 m2 e 3,0 cm de espessura. Sabendo que a temperatura ambiente do dormitório é de 
8°C e que a temperatura do João depois de envolvido no cobertor permaneceu 35,5°C, deseja-se 
saber a quantidade de calor perdido por João através do cobertor, durante um intervalo de 1 
hora e, qual papel o cobertor desempenha. Considere o coeficiente de condutividade de 8.10-5 
cal/s.cm °C. 
 
O cobertor desenmpenha o papel de um " isolante termico "
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ETAPA № 3 
 
� Aula-tema: Lei de Fourier para escoamento unidirecional e regime permanente 
 
Muito observador José percebeu que embora os dormitórios tivessem as mesmas dimensões 
apresentavam sensação térmica diferentes. A temperatura no dormitório dele era de 8°C, 
enquanto a de seus pais era 10°C. Então, começou a observar melhor e descobriu que a janela de 
seu dormitório tinha um único vidro de 8 mm de espessura e a janela do dormitório de seus pais 
era composta de vidro duplo de 8 mm separados por uma camada de ar de 10 mm. Pede-se que 
calcule a taxa de perda de calor que ocorre através do vidro do quarto de José sabendo que a 
janela é quadrada e tem 1,5 m e que a temperatura externa estava – 2°C. Considere a 
condutividade térmica do vidro de kv = 1,4 W/(m.K). 
Como o Sr. João poderia explicar a redução da perda de calor através da janela? Considere a 
condutividade térmica do ar de kar = 0,024 W/(m.K). 
q(x) = 3937,5 W
q(x) = 63,07 W
 *** A diferença na taxa de transferencia de calor da janela de José ( 3937,5 W )
e bem maior do que as janelas de João (63,07 W ) que são bem mais resistente 
ao frio
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ETAPA № 4 
 
� Aula-tema: Efeito combinado condução-convecção em superfícies planas 
 
Sr. João comentou que em países onde há risco de nevascas e terremotos a grande maioria das 
residências é construída por um método que utiliza painéis de madeira tanto nas paredes 
externas quando nas internas. 
 
 
 
 
 
E completou dizendo: “as paredes da casa em 
que estamos hospedados é composta por três 
camadas, a interna de madeira de Pinho de 
espessura igual a 3,0 cm e kmad = 0,12 W/m°K, 
3,0 cm de placa de poliuretano e kesp = 0,020 
W/m°K e uma outra camada de madeira de 
Pinho de 5 cm de espessura. A temperatura 
ambiente é de 20°C e a externa de -2°C. Nesta 
condição qual será a quantidade perdida de 
calor através da superfície, adotando como base 
a área de 1 m2. Pede-se que elabore o diagrama 
esquemático em corte do painel da residência. 
q(x) = 2,694 W Te -2 ºCTi 20 ºC
L = 3 cm
K = 0,020 W / m.k
Pinho
L = 5 cm
K = 0,012 W/m.k
Pinho
L = 3 cm
K = 0,012 W/m.k
(externo)
(interno)
Diagrama
Poliuretano 
 Fenômenos de Transporte I Engenharia de Controle e Automação / Mecatrônica - 
 
 
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ETAPA № 4 
 
� Aula-tema: Efeito combinado condução-convecção em superfícies planas 
 
 
Sr. João comentou que atualmente os construtores estão adotando técnicas 
construtivas pensando em soluções sustentáveis, com o intuito de reduzir o tempo 
de funcionamento de sistema de aquecimento e ou resfriamento, uma vez que oferecem um 
excelente isolamento tanto no frio como no calor. São painéis compostos por três camadas, 
placas de OSB de 3,0 cm, lã de vidro, e placa de OSB de 3,0 cm de espessura. E para terminar a 
explicação Sr. João perguntou: Se fosse construída uma residência igual a que estamos 
hospedados, sujeita as mesmas temperaturas, pelo método construtivo, qual seria a espessura 
da lã de vidro para manter a mesma quantidade de calor perdido? Considere a condutividade 
térmica da placa de OSB, kOSB = 0,094 W/m°K e da placa de lã de vidro, klã = 0,035 W/m°K. 
Elabore o diagrama esquemático em corte do painel da residência. 
Ti 293 k Te 271 k
L = 23,09 cm
K = 0,035 W / m.k
OSB
L = 3 cm
K = 0,094 W/m.k
OSB
L = 3 cm
K = 0,094 W/m.k
(externo)
(interno)
Diagrama
LÃ DE VIDRO
 ou 
L = 23,09 cm
L = 0,2309 m