Lista de Exercícios - Condução

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Transferência de Calor 
• Condução, paredes planas 
1. A superfície externa de uma parede de concreto com espessura de 0,2 m é mantida a uma temperatura de -5 °C, 
enquanto a superfície interna é mantida a 20 °C. A condutividade térmica do concreto é de 1,2 W/mK. Determine a 
perda de calor através de uma parede de 10 m de comprimento por 3,0 m de altura. Resposta: 4,5x103 W 
2. Um armazém deve ser projetado para manter resfriados os alimentos perecíveis antes de seu transporte para a 
mercearia. Ele tem uma área de superfície efetiva de 1860 m2 exposta à temperatura ambiente de 32 °C. O isolamento 
da parede do armazém (k=0,17 W/mK) apresenta espessura de 75 mm. Determine a taxa em que o calor deve ser 
removido para manter o alimento a 4 °C. Resposta: 118 kW 
3. O calor é transferido a uma taxa de 0,1 kW por um isolamento de lã de vidro (k=0,036 W/mK), com espessura de 
5,0 cm e área de 2,0 m2. Se a superfície quente estiver a 70 °C, determine a temperatura da superfície fria. Resposta: 
0,6 °C 
4. Duas barras metálicas paralelas de mesmas dimensões, 50 mm de diâmetro de 150 mm de comprimento, sendo 
uma de ferro (k=50 W/mK) e outra de cobre (k=385 W/mK) são usadas para separar duas superfícies, cujas 
temperaturas constantes são 80°C e 5°C. Determine a quantidade total de calor que atravessa as barras. Resposta: 
4,3x102 W. 
5. No exercício anterior, suponha que as barras sejam montadas em série, e calcule o fluxo de calor e a temperatura 
no ponto de junção de uma barra com a outra. Suponha inicialmente que a barra de ferro esteja no lado mais quente. 
Se as barras forem invertidas, o fluxo e a temperatura mudam? Verifique. Resp.: T=14°C e �̇�=43 W. Invertendo-se a 
ordem das barras, T=71°C e �̇�=43 W 
6. A parede de um forno é constituída de três camadas: uma camada interna de 0,20 m de tijolo refratário 
(k=1,28W/mK), uma camada de lã de rocha (k=0,035 W/mK) de 5,0 cm, e uma camada externa de 0,13 m de tijolo 
comum (k = 0,69 W/mK). A temperatura da superfície interna do forno é 1700°C e a temperatura da superfície externa 
é 35°C. Considerando apenas os materiais dados, calcule o fluxo de calor por m2 de parede em watts e a temperatura 
da interface entre a lã de rocha e a parede externa. Utilize a analogia com a Lei de Ohm. Resp.: �̇�=9,4x102 W, T=212°C 
7. Calcule a potência em BTU/h e em HP necessária para manter uma caixa cúbica de 2,0 m de aresta, construída com 
duas camadas de madeira, de 1,0 cm (k=9,25x10-2 BTU/hft°F), com uma camada de lã de vidro (k=2,54x10-2 BTU/hft°F) 
de 2,0 cm entre elas. A temperatura interna deve ser mantida constante a 15°C, ao passo que a temperatura externa 
é de 25°C. Faça os cálculos usando as unidades do sistema inglês. Resposta: 1,4 BTU/h; 0,55 HP 
8. A parede externa de uma casa é composta por uma camada de 20 cm de espessura de tijolo comum (k = 0,69 
W/mK)e uma camada de 5 cm de gesso (k=0,31 W/mK). A temperatura externa é de 35 °C e a face interna deve ser 
mantida a 20 °C. Deseja-se diminuir o fluxo de calor por unidade de área em 80% adicionando uma camada de lã de 
rocha (k=0,035 W/mK). Calcule a espessura dessa camada. Resposta: 6,3 cm 
9. Uma divisória de 3,0 m de largura é feita de madeira (k=0,16 W/mK) com 2,0 cm de espessura até uma altura de 1,1 
metro. A seguir, há uma janela fixa feita de vidro temperado (k=0,72 W/mK) de 1,0 cm de espessura e 0,9 metros de 
altura. A partir daí até o teto, há um fechamento de gesso (k=0,31 W/mK) de 3,0 cm de 0,5 m de altura. A sala é 
mantida a uma temperatura de 23°C e o ambiente externo tem uma temperatura de 35°C. Calcule o fluxo de calor por 
essa parede usando a analogia com a Lei de Ohm. Resposta: 2,8 kW 
10. Calcule o fluxo de calor no sistema abaixo. A 
temperatura no lado A é de 80°C e no lado B é de 
10°C. A largura da parede é de 1,0m, e as 
dimensões do desenho são em cm. Os valores de k 
são: 
Resposta: 7,3 W 
• Condução, paredes cilíndricas e esféricas 
1. Uma tubulação de cobre (k=385 W/mK), de 3,0 cm de diâmetro externo e 1,5 cm de diâmetro interno, conduz um 
fluido a uma temperatura de -5°C. A temperatura do ambiente em que se encontra a tubulação é de 28°C. Calcule 
quanto calor é absorvido pelo refrigerante em 5 metros de tubo. A seguir, o tubo é revestido por uma camada de lã 
de vidro (k=0,044 W/mK) de 1,0 cm de espessura. Calcule o calor absorvido após a aplicação do revestimento. 
Resposta: antes: 5,8x105 W; depois: 89 W 
2. Um tubo de aço de 7,25 cm de diâmetro externo é coberto com 6,0 mm de amianto (k=0,166 W/mK) seguido de 
uma camada de 2,5 cm de fibra de vidro (k = 0,048 W/mK). A temperatura da parede externa do tubo é 315°C, e a 
temperatura externa do isolamento é de 38°C. Calcule a temperatura da interface entre o amianto e a fibra de vidro. 
Obs: supor L= 1,0 m. Resposta: 291°C 
3. Um tubo de aço (k=50 W/mK) de 4,0 polegadas de diâmetro interno e ¼ de polegada de espessura, é utilizado para 
a distribuição de vapor em uma indústria. O vapor passa no interior do tubo a uma temperatura de 300°C. Calcule 
quanto de calor é perdido, por metro linear de tubo, se a temperatura da parede externa do tubo é de 25°C. Se o tubo 
for revestido por calhas de lã de vidro (k=0,044 W/mK) de 50 mm de espessura, para quanto será reduzida essa perda? 
Dado: 1 pol.=25,4 mm. Resposta: antes: 7,3x105 W; depois: 1,2x103 W 
4. No problema anterior, deseja-se reduzir a perda de calor do tubo para 50 W/m, utilizando-se poliuretano (k=0,024 
W/mK). De quanto seria a espessura do isolamento necessária? Qual será a temperatura no centre da camada de 
poliuretano? Resposta: 7,4 cm; 134°C 5. Um tubo de cobre (k=385 W/mK), de 3,8 cm de diâmetro externo e 4,0 mm 
de espessura, conduz vapor de R-12 a uma temperatura de -20 °C aproximadamente, e para alcançar o compressor, 
tem de passar por uma sala de 2,5 m onde a temperatura ambiente é de 24°C. O tubo é envolto por um isolamento 
duplo, formado por uma camada de 10 mm de espessura de lã de vidro (k = 0,044 W/mK) envolta por Isotubo de 
poliestireno (k = 0,029 W/mK) de 30 mm de espessura. Qual o ganho de calor total do refrigerante ao passar pela sala? 
Resposta: 31 W 
6. Duas substâncias são misturadas, reagindo entre si e liberando calor dentro de um tubo de diâmetro externo de 11 
polegadas, feito de cerâmica (k= 34,4 kcal/hm°C) com espessura de 3,0 cm. O comprimento do tubo é 1,5 m. Todo o 
calor gerado na reação é cedido ao ambiente a uma taxa de 290 W, de modo que a temperatura da mistura, 180°C, 
permanece constante. Será necessário isolar a tubulação para que a temperatura na face externa do isolante não 
ultrapasse 30°C. O isolante escolhido foi o silicato de cálcio (k=0,053 kcal/hm°C), disponível nas espessuras indicadas. 
Determine a espessura a ser escolhida para atender ao projeto. Resposta: 2” 
7. Uma tubulação de aço (k=50 W/mK) de 2,0 polegadas de diâmetro externo e 5,0 mm de espessura conduz vapor 
superaquecido a uma temperatura de 300°C. Determine a espessura da calha de Lã de Vidro (k=0,033 W/mK) a ser 
usada, de modo que a perda térmica não ultrapasse 50 W/m, considerando uma temperatura ambiente de 25°C. 
Forneça a resposta em polegadas. Resposta: 2,13” 
8. Um armazém semiesférico com um raio interno de 3,0 metros é construído para armazenar temporariamente uma 
carga de um alimento perecível que deve ser mantido a uma temperatura de 5°C. As placas usadas são de poliestireno 
expandido (EPS) pré-moldadas, com espessura de 25 cm (k=0,040 W/mK). Considerando uma temperatura externa de 
40°C, e apenas o fluxo pelo poliestireno por condução, estime a potência necessária em BTU/h para manter essas 
condições. Resposta: 1,2 BTU/h 
9. Um reservatório esférico de raio interno igual a 2,0 m é feito de aço inox (k=16 kcal/hm°C) com espessura igual a 20 
mm. O reservatório é revestido por uma camada de lã de vidro (k=0,030 kcal/hm°C) de espessura igual a 35 cm, e por 
uma camada externa de poliestireno expandido (k=0,034 kcal/hm°C) de 10 cm. A temperaturana face interna do 
reservatório é de -65°C e na face externa do isolamento é 25°C. Calcular o fluxo de calor que penetra na esfera e a 
temperatura entre a lã de vidro e o poliestireno. Resposta: 378 kcal/h; 9,7°C 
10. Um reservatório acumulará água a uma temperatura de 60°C, em um 
ambiente a 15°C. O reservatório é cilíndrico, fechado por semiesferas, e as 
dimensões indicadas estão em cm. O reservatório é de PVC (k=0,21 W/mK) 
de 20 mm, revestido por 50 mm de lã de vidro (k=0,030 W/mK), e manta 
asfáltica de 5,0 mm (k=0,75 W/mK). A água será conduzida até o ponto de 
consumo a 20 metros por um tubo de PVC de 50 mm de diâmetro externo 
e espessura de 3 mm, revestido por calha de lã de vidro (k=0,044 W/mK) 
de 30 mm de espessura, e manta asfáltica de 5 mm. Determine a perda 
calórica por condução nessa instalação. Resposta: 4,4x102 W.