FENÔMENOS DE TRANSPORTE

LISTA DE EXERCÍCIOS 01

01. Uma taxa de calor de 6 kW é conduzida através de um material isolante com área de

seção reta de 0,1 dam² e espessura de 2,5 cm. Se a temperatura da superfície interna

(quente) é de 415 K e a condutividade térmica do material é de 0,2 W/m°C, qual a

temperatura da superfície externa? (Resposta: 340K)

02. As temperaturas das superfícies interna e externa de uma janela de vidro, com

espessura de 10 mm, são de 25°C e 5°C, respectivamente. Qual é o fluxo de calor

através de uma janela com dimensões de 1 m de largura por 3 m de altura? A

condutividade térmica do vidro é igual a 1,4 W/m.K. (Resposta: 28)

03. Em uma indústria farmacêutica, pretende-se dimensionar uma estufa. Ela terá a forma

cúbica de 1 m de lado e será construída em aço (k = 40 kcal/h.m.°C), com 10 mm de

espessura, isolada com lã de vidro (k= 0,08 kcal/h.m.°C) e revestida com plástico (k=

0,2 kcal/h.m.°C) de 10 mm de espessura. O calor será inteiramente gerado por

resistências elétricas de 100 Ω, pelas quais passará uma corrente de 10 A (P = R . i² ).

Não pode ser permitida uma perda de calor superior a 10 % do calor gerado. Sabendo-

se que as temperaturas nas faces das paredes, interna e externa, são respectivamente

300 °C e 20 °C, pede-se:

a) A resistência térmica exigida na parede da estufa; (Resposta: 0,3256ℎ. °/ )

b) A espessura da camada de lã de vidro. (Resposta: 152,27)

04. Um forno de 6 m de comprimento, 5 m de largura e 3 m de altura tem sua parede

constituída de 3 camadas. A camada interna de 0,4 m é de tijolos refratários (k=1,0

kcal/h.m.°C ). A camada intermediária de 0,30 m tem a metade inferior de tijolos

especiais ( k=0,20 kcal/h.m.°C ) e a metade superior de tijolos comuns ( k=0,40

kcal/h.m.°C). A camada externa de 0,05m é de aço ( k=30 kcal/hm.°C). Sabendo-se

que a superfície interna está a 1700 °C e a superfície externa está a 60 °C.

Desprezando a troca de calor pelo piso e teto. Pede-se:

a) O fluxo de calor pela parede; (Resposta: 77.222,3543 kcal/h)

b) Considerando que após, alguns anos o fluxo de calor aumentou 10 % devido ao

desgaste da camada de refratários. Calcular este desgaste supondo que o mesmo

foi uniforme em todo o forno. (Resposta: 12,74)

05. Em uma instalação industrial, ar quente a 300 °C flui sobre uma placa fina metálica

plana, com velocidade de 36 km/h. Como a placa contém alguns sensores, a mesma

deve ser mantida a uma temperatura de 27 °C. Para isto, utiliza-se um sistema de

refrigeração composto por tubos sob a placa, por onde circula água de refrigeração.

Sabendo que a condutividade térmica do ar é 0,0364 W/m.K e que a viscosidade

cinemática do ar é 3,13x10-5

m²/s, determine o fluxo de calor a ser extraído pelo

sistema de refrigeração para manter a placa na temperatura de 27 °C. Considere que a

placa é quadrada, com 1,5 m de lado e despreze os efeitos da radiação e da condução.

(Resposta: 19,86 /ℎ)

Dados adicionais para solução do exercício:

Para este caso, o número de Prandt é 0,687.

- Para fluxo laminar (Re < 500000) seguinte correlação adimensional é apropriada:

= 0,664 × × !"

- Para fluxo turbulento (Re > 500000) seguinte correlação adimensional é apropriada:

= 0,0296 × #$ × !"

%

Onde:

=ℎ × &

'&é))*"+,-).* /

- Número de Reynolds:

=01 × &

2

Onde:

01: velocidade do fluxo de ar (m/s);

2: viscosidade cinemática do ar (m²/s).

06. Qual a taxa de calor que um corpo negro no formato cúbico de aresta igual a 2 m e

temperatura de 300°C emite? (Resposta: 146.977,31)

07. Sendo um cubo de aresta igual a 3 m um radiador real que emite sua energia

homogeneamente através de sua superfície, om temperatura de 120 °C e um corpo

esférico com diâmetro de 50 cm, temperatura de 80°C localizado de acordo com a

figura a seguir, sabendo que a emissão superficial de energia real do cubo é de

1.016,858 W/m², qual a taxa de troca de calor entre estes dois corpos? (Resposta:

3.200,026)