2,1 h - UNESP

UNESP - FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Dr. João Batista Campos Silva – Prof. Adjunto
Transferência de Calor e Massa I – Lista 01 -Primeiro Semestre de 2010
1) Explique os principais modos de transferência de calor e escreva as leis correspondentes.
2) Um termômetro de mercúrio a 70 oF é imerso em água a 150 oF. Estime a taxa de adição de calor para o
termômetro por unidade de área se o coeficiente de transferência convectiva é 160 BTU/hr.ft2. oF. Expresse o
resultado em unidades SI.
3) Um molde metálico à temperatura de 20 oC é colocado dentro de uma fornalha de tratamento térmico. As
paredes da fornalha estão a 400 oC e podem ser assumidas se comportarem como corpo negro. Se o molde é
assumido atuar como um corpo negro e tem uma área superficial efetiva de 0,4m2, determine a transferência
de calor por radiação líquida e total para o cadinho.
4) Duas placas de poliestireno de 2 cm de espessura formam um sandwich com uma placa metálica fina que
funciona como elemento de aquecimento elétrico. Este arranjo é então sandwiched entre duas placas de cobre
e colocado num banho de água e gelo. O conjunto é vedado em cima, embaixo e dos lados para evitar
escoamento de água dentro do poliestireno. A placa aquecedora elétrica alimentada por uma bateria, e
funcionando como uma resistência no circuito, gera 0.1 W por cm2. A temperatura da superfície externa do
poliestireno é mantida a 0oC pelo contato com o banho de água e gelo através das placas de cobre. Um
termopar embebido na placa aquecedora elétrica indica uma temperatura uniforme de 62,5 oC. Calcule a
condutividade térmica do poliestireno medida neste dispositivo.
5) A seção transversal da parede de um refrigerador é composta de uma camada interna de 2,5 mm de
polipropileno (k=0,35W/m oC) mais uma camada intermediária de 40 mm de espuma de uretano
(k=0,025W/m oC ) mais uma camada externa de 1 mm de aço laminado (k=50W/m oC). A temperatura interna
da parede é de 0 oC, enquanto do lado externo a temperatura é de 28 oC. Determine a variação de temperatura
através de cada camada da parede do refrigerador; a temperatura das interfaces e o fluxo de calor que é ganho
pelo refrigerador.
6) Um janela de vidro é composta de dois painéis separados por um espaço vedado e cheio de ar. Os painéis
de vidro de espessura 1/8” e 3 ft de altura por 2 ft de largura são fixos por uma moldura de alumínio de 1” de
largura por 1/2” de altura. O espaçamento entre os painéis é de ¼”. O ambiente interno é mantido a 70 oF e
possui coeficiente de transferência convectiva de 1 BTU/hr.ft2. oF. Do lado externo a temperatura é de -20 oF
com um coeficiente convectivo de 2.1 BTU/hr.ft2. oF. Determine a resistência térmica da janela; a perda de
calor e a distribuição de temperatura através da janela.
7) Um tubo de ferro de diâmetro externo 2 in e diâmetro interno de 1,5 in é enterrado no solo e conduz água
de modo que a superfície interna está a 60 oF e a temperatura externa em contato com o solo está a 50 oF.
Determine a perda de calor por unidade de comprimento de tubo e a distribuição de temperatura através da
parede do tubo.
8) Uma linha de vapor de 10 cm de diâmetro externo e 6 cm de diâmetro interno transporta vapor
superaquecido a 1000 oC. A linha de aço é revestida com 10 cm de asbestos e 1 cm de plástico sobre o
asbestos. Os coeficientes de transferência convectiva 2500 W/m2 oC para o vapor e 7 W/m2 oC para o ar
ambiente respectivamente. Determine a temperatura da superfície externa e a distribuição de temperatura da
parede quando há uma perda de calor de 710 W/m.
9) Uma linha de vapor de 2 cm de diâmetro tem uma superfície externa de 100 oC. Se a linha está em ar
ambiente a 10 oC e ho = 2,1 W/m2 oC, determine a transferência de calor por metro de linha. Determine a
espessura de asbestos (k = 0,17 W/m. oC ) necessária para promover isolamento térmico da linha de vapor.
Determine a transferência de calor nesta condição.
10) Um tanque esférico de alumínio é usado para armazenar oxigênio líquido a 82 K ( oxigênio vaporiza a
90,188 K, 1 atm). O tanque possui uma parede dupla preenchida com gás néon (k=0,008 W/mK). A parede
interna possui diâmetro externo de 7,88 m e 2 cm de espessura e a parede externa possui diâmetro externo de
8 m 2 cm de espessura. Se a temperatura ambiente é de 35 oC com um coeficiente de transferência convectiva
de 25 W/m2 oC para o ar. Determine a distribuição de temperatura através do tanque e o máximo ganho de
calor do oxigênio se o coeficiente de transferência é estimado em 4 W/m2 oC para o oxigênio.
11) Uma série de cinco aletas de alumínio seção retangular são usadas para resfriar uma placa de circuito
impresso. Cada aleta possui espessura de 4 mm; 20 mm de comprimento e 120 mm de largura. O
espaçamento entre aletas é de 11 mm. O circuito micro-eletrônico é fixo de um lado da placa de alumínio e as
aletas são fixas do outro lado. Determine a quantidade de calor esperada que pode ser dissipada pelas aletas se
o circuito tem uma temperatura de 80 oC, o ar ambiente onde está as aletas está a 20 oC, e o coeficiente de
transferência convectiva é 200 W/m2 oC.
12) Uma parede plana de aço médio separa um reservatório de água de ar. Propõe-se a aumentar a taxa de
transferência de calor entre os fluidos pela adição de aletas retas retangulares de 0.05 in de espessura e 1 in
de comprimento, espaçadas 0,5 in uma da outra. O coeficiente de transferência convectiva do lado da água é
de 45 BTU/hr.ft2.oF e do lado do ar é de 2 BTU/hr.ft2.oF. Determine o percentual de aumento da transferência
de calor se for colocadas aletas a) do lado do ar; b) do lado da água e c) de ambos os lados.