Lista 4 - eduloureiro.com.br

LISTA DE EXERCÍCIOS 4
Capítulo 3:
3.2. O vidro traseiro de um automóvel é desembaçado pela passagem de ar quente sobre
sua superfície interna. Se o ar quente está a T∞,i = 40oC e o coeficiente de transferência
de calor por convecção correspondente é de hi = 30 W/m2K, quais são as temperaturas
das superfícies interna e externa do vidro, que possui 4mm de espessura, se a
temperatura do ar ambiente do lado externo for T∞,e = -10oC, com um coeficiente de
convecção he = 65 W/m2K ?
Kvidro = 1,4 W/mK
3.3. O vidro traseiro de um automóvel é desembaçado pela fixação de um aquecedor em
película, fino e transparente, sobre a sua superfície interna. O seu funcionamento
fornece um fluxo térmico uniforme na superfície interna do vidro. Para um vidro com 4
mm de espessura, determine a potência elétrica, por unidade de área, necessária para
manter a temperatura na superfície interna em 15oC, quando a temperatura do ar no
interior do carro e o respectivo coeficiente de convecção são T∞,i = 25oC e hi =
10W/m2K e a temperatura e o coeficiente de convecção do lado externo (ambiente) são
T∞,e = -10oC e he = 65W/m2K.
Kvidro = 1,4 W/mK
3.10. Uma janela térmica possui duas peças de vidro com 7mm de espessura cada uma,
separadas por uma camada de ar também com 7mm de espessura. A janela separa o ar
da sala a 20oC do ar ambiente externo a -10oC. O coeficiente de transferência de calor
por convecção associado à superfície interna é é de 10 W/m2K. Se o coeficiente de
convecção do lado externo é de he = 80 W/m2K, qual é a perda de calor através de uma
janela que possui 0,8m de comprimento por 0,5m de largura? Despreze a troca de calor
por radiação e suponha que o ar entre as lâminas de vidro encontra-se estagnado.
Kvidro = 1,4 W/mK
e Kar = 0,0245 W/mK
3.13. A parede composta de um forno possui três materiais, dois dos quais com
condutividade térmica conhecida, kA = 20W/mK e kC = 50 W/mK, e também a
espessura LA = 0,30m e LC = 0,15m. O terceiro material B, que se encontra entre os
materiais A e C, possui espessura LB = 0,15m, mas sua condutividade térmica kB é
desconhecida. Em condições de operação em regime estacionário, medidas revelam uma
temperatura na superfície externa do forno de Tsup,e = 20oC, uma temperatura na
superfície interna de Tsup,i = 600oC e uma temperatura do ar no interior do forno de
T∞ = 800oC. O coeficiente de transferência de calor por convecção no interior do forno é
igual a 25 W/m2K. Qual é o valor de kB ?
3.25. Aproximadamente 106 componentes elétricos discretos podem ser colocados em
um único circuito integrado (chip), com uma dissipação térmica na ordem de
30.000W/m2. O chip, que é muito fino, tem sua superfície externa exposta a um líquido
dielétrico, com he = 1.000W/m2K e T∞,e = 20oC, enquanto sua superfície interna está
conectada à placa de circuito impresso. A resistência térmica de contato entre o chip e a
placa é de 10-4m2K/W, e a espessura e condutividade térmica da placa são LP = 5mm e
kP = 1 W/mK, respectivamente. A outra superfície da placa está exposta ao ar ambiente,
onde hi = 40W/m2K e T∞,i = 20oC.
a) Esboce o circuito térmico equivalente para condições de regime estacionário.
Identifique as resistências, temperaturas e fluxos térmicos.
b) Sob condições de regime estacionário e para um fluxo dissipado de calor no chip
de q"c = 30.000W/m2, qual é a temperatura do chip?
3.106. Um longo bastão circular de alumínio tem uma de suas extremidades fixa a uma
parede quente e transfere calor por convecção para um fluido frio.
a) Se o diâmetro do bastão for triplicado, qual a razão da variação da taxa de remoção
de calor pelo bastão (qa1d/qa3d) ?
b) Se um bastão de cobre com o mesmo diâmetro for usado em lugar do bastão de
alumínio, qual a razão da variação da remoção de calor pelo bastão [qa(Cu)/qa(Al)]?
KAl = 240 W/mK
KCu = 400 W/mK
3.107. Um bastão de latão com 100mm de comprimento e 5 mm de diâmetro se estende
horizontalmente a partir de uma solda que se encontra a 200oC. O ambiente ao seu redor
está a T∞ = 20oC, com h = 30W/m2K. Quais são as temperaturas no bastão a 25, 50 e
100 mm da solda?
Klatão = 133 W/mK
3.111. Considere dois bastões longos e delgados de mesmo diâmetro, porém feitos de
materiais diferentes. Uma extremidade de cada bastão está fixada a uma superfície
(base) mantida a 100oC. Os bastões estão expostos ao ar ambiente a 20oC. Ao mover ao
longo do comprimento de cada bastão um termopar, foram observadas temperaturas
iguais nas posições xA = 0,15m e xB = 0,075m, onde o valor de x é medido a partir da
base. Se a condutividade térmica do bastão A vale kA = 70 W/mK, determine o valor da
condutividade do bastão B (kB).
3.117. À medida que aumenta o número de componentes colocados em um circuito
integrado (chip), a quantidade de calor dissipado também aumenta. Entretanto, esse
aumento está limitado pela máxima temperatura de operação permissível para o chip,
que é de aproximadamente 75oC. Para maximizar a dissipação de calor, propõe-se que
uma matriz 4 X 4 de pinos de cobre seja unida metalurgicamente à superfície externa de
um chip quadrado com 12,7mm de lado.
Para as condições especificadas no problema 3.25, qual é a taxa máxima de dissipação
de calor no chip quando os pinos estão em posição? Isto é, qual é o valor de qc quando
Tc = 75oC ? O diâmetro e o comprimento dos pinos são Dp = 1,5mm e Lp = 15mm.
Suponha condições unidimensionais e de regime estacionário.
Problema 3.13.
Problema 3.25
Problema 3.117.
Kcobre = 400 W/mK