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Transferência de Calor - Lista de Exercícios 1.
1) Uma janela de vidro duplo (cada um com espessura de 4 mm) possui uma camada de ar de 1 cm entre os vidros. O ar externo está a -10°C com um coeficiente convectivo de transferência de calor de 175 W/m²K. A superfície da camada de vidro em contato com o ambiente interno está a 298 K. Determine a taxa de transferência de calor e a temperatura maisbaixa na camada de ar. Solução: 88 W/m², -9,4ºC; 2) Um painel de circuitos elétricos possui uma camada de 1mm de substrato, k = 0,95 W/mK, uma camada de 1,5 mm de plástico, k = 0,4 W/mK, exposta a um coeficiente convectivo externo h= 35 W/m²K do óleo de refrigeração. Se o circuito elétrico gera 1000 W/m², quão quente ele vai estar? Solução: 58ºC; 3) Uma manta fina de aquecimento elétrico dissipa100 W/m². Sobre sua face esquerda tem 2 cm de madeira macia, seguida de uma placa de vidro de 2 mm de espessura exposta ao ar a 60ºC com um coeficiente convectivo h = 25 W/m²K. Sobre a face direita da manta aquecedora tem uma camada de ar de 1 mm, seguida de uma chapa fina de aço de 1 mm que está exposta a um escoamento de água a 200 kPa e 100ºC com um h = 50 W/m²K. A geometria é toda plana e oregime é permanente. Determine a temperatura da manta e as taxas de fluxo de calor (W/m²) para a direita e para a esquerda da manta. Solução: 94ºC, -63 W/m², 163 W/m² 4) Vapor d’água saturado a 15 kPa escoa em um tubo de aço com raio interno de 0,2 m e uma espessura de parede de 3 mm. O isolamento térmico aplicado em torno do tubo tem 0,1 m de espessura com uma condutividade térmica de 0,07 W/mK, e ocoeficiente convectivo entre a superfície externa do isolante e o ar ambiente a 25ºC é 25 W/m²K. Determine a queda de temperatura através do isolamento e a taxa de fluxo de calor. Solução: 28ºC, 31 W/m; 5) Água líquida saturada a 500 kPa escoa, com uma vazão de 2 kg/s, em um tubo de metal com 5 cm de diâmetro interno, k = 40 W/mK, e espessura de parede de 3 mm. O tubo é exposto a um ambientecontendo um gás a 500ºC com h = 100 W/m²K. A água está sendo aquecida para sair do tubo como vapor saturado a 500 kPa. Considere que a temperatura da água é uniforme e que a resistência térmica da camada convectiva interna é desprezível. Determine a taxa total de transferência de calor e o comprimento de tubo necessário para esse processo em regime permanente. Solução: 4217 kW, 0,0573 mK/W, 694 m; 6)Uma placa retangular de alumínio de 16 mm por 16 mm, com 1 mm de espessura, é acoplada sobre a superfície do invólucro de uma CPU de 16 mm por 8 mm. Despreze as laterais e o fundo da CPU. As superfícies livres do invólucro mais aleta devem remover um total de 1 W, com um coeficiente de transferência de calor convectivo de 40 W/m²K para o ar a 25ºC. Qual é a temperatura da superfície do invólucroda CPU? Solução: 63ºC; 7) Um vaso metálico, esférico, de paredes delgadas, é usado para guardar nitrogênio líquido a 77 K. O vaso tem o diâmetro de 0,5 m e está dentro de um isolamento evacuado, refletivo, constituído por pó de sílica. O isolamento tem 25 mm de espessura e a sua superfície externa está exposta ao ar ambiente, a 300 K. O coeficiente de convecção é 20 W/m². O calor latente devaporização e a densidade do nitrogênio líquido são, respectivamente, 2 x 10⁵J/kg e 804 kg/m³. 1. Qual é a taxa de transferência de calor para o nitrogênio líquido? 2. 2. Qual é a taxa de perda do líquido por vaporização? Dados: Pó de sílica evacuado (300K): k = 0,0017 W/m·K. Solução: 1. q = 13,06 W 2. V = 7 litros/dia;

8) Uma parede plana é composta de dois materiais, A e B. A parede de material Atem uma geração uniforme de calor q = 1,5 x 10⁶ W/m³, kA =75 W/m·K e espessura LA =50mm. A parede de material B não tem geração de calor, kB= 150 W/m·K e a espessura é LB= 20mm. A superfície interna do material A está bem isolada, enquanto a superfície externa do material B está resfriada por uma corrente de água com T= 30˚C e h = 1.000 W/m²·K. 1. Fazer o gráfico da distribuição de temperatura...
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