Transferencia de calor

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INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS Campus: Campinas-Swift e Limeira

1ª Lista – Transferência de Calor

1) Considere uma lâmpada incandescente de 150 W. o filamento da lâmpada tem 5 cm de comprimento e tem um 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, b) na superfície do vidro da lâmpada, e c)calcular quanto irá custar por ano para manter a luz acesa oito horas por dia, todos os dias, se o custo unitário da eletricidade é de US$ 0,08/kWh.

Resposta: a) ̇ ( ̇ ̇ ̇

)

b) ̇ ( ̇ ̇ ̇

)

c) ̇( ( )( )( ) )

2) Uma placa de circuito de 15 cm X 20 cm abriga em sua superfície 120 chips lógicos estreitamente espaçados, cada um dissipando 0,12 W. Se a transferência de calor a partir dasuperfície de baixo da placa é desprezada, determine, a) a quantidade de calor que esta placa de circuito dissipa durante um período de 10 horas, em kWh, e b) o fluxo de calor na superfície das placas de circuito, em W/m2.

Resposta: a) ̇ ( )

b) ̇ ̇ ( ( ) )

3) Uma panela de alumínio cuja condutividade térmica é 237 W/m°C tem um fundo chato com diâmetro de 15 cm e espessura de 0,4 cm. O calor étransferido permanentemente através de seu fundo a uma taxa de 800 W para ferver a água. Se a superfície interna do fundo da panela está a 105°C, determinar a temperatura da superfície externa do fundo da panela.

Resposta: ̇

(

⁄ )(

)

4) Uma forma de medir a condutividade térmica de um material é fazer um sanduíche de um aquecedor elétrico entre duas amostras retangulares idênticas do material e isolarfortemente os quatro lados externos, como mostrado na figura. Termopares instalados nas superfícies interior e exterior das amostras registram as temperaturas. Durante um experimento, duas amostras de 10 cm X 10 cm de tamanho e 0,5 cm de espessura foram utilizadas. Quando atingiu uma operação permanente, o aquecedor consumia 25 W de potência elétrica e a temperatura de cada amostra observava umaqueda de 82°C na superfície interna para 74°C na superfície externa. Determinar a condutividade térmica do material na temperatura média.

Resposta: ̇

̇

(

)

5) O calor gerado no circuito de um chip de silício (k = 130 W/m°C) é conduzido para o substrato de cerâmica na qual é fixado. O chip tem 6 mm X 6 mm, mede 0,5 mm de espessura e dissipa 3 W de potência. Ignorando qualquer transferência decalor através das superfícies laterais de 0,5 mm de altura, determinar a diferença de temperatura entre as superfícies inferior e superior do chip, em funcionamento permanente.

Resposta: ̇ ( ) ( )

6) Quatro transistores de potência, cada um dissipando 15 W, são montados sobre uma placa fina de alumínio vertical de 22 cm X 22 cm. O calor gerado pelos transistores deve ser dissipado por ambas asfaces da placa para o ar a 25°C, que é soprado ao longo da placa por um ventilador. A totalidade da placa pode ser assumida como quase isotérmica e a superfície exposta do transistor pode ser tomada como a sua área da base. Se o coeficiente médio de transferência de calor por convecção é de 25 W/m2°C, determinar a temperatura da placa de alumínio. Desconsidere qualquer efeito de radiação.Resposta: ̇ ̇ ( ( ) ( )( ) )

7) Um ferro de passar de 1000 W é deixado sobre a tábua de passar com a sua base exposta ao ar à temperatura de 20°C. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre a superfície da base e o ar nas vizinhanças é de 35 W/m2K. Se a base tem uma emissividade de 0,6 e uma área de 0,02 m2, determinar a temperatura da base do ferro. Dado: σ = 5,67x10-8 W/m2K4Resposta: ̇ ̇ ( )( ( ( ) ) ̇ ) ( ( ̇ ( ) ) ( ) )

8) Considere uma casa de tijolos (k = 0,40 Btu/h ft °F) aquecida eletricamente, cujas paredes têm 9 ft de altura e 1 ft de espessura. Duas das paredes da casa têm 50 ft de comprimento e as outras duas têm 35 ft de comprimento. A casa é mantida a 70°F todo o tempo enquanto a temperatura externa varia. Em certo dia, a temperatura da superfície interna das...
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