Unimonte,EngenhariaFísicaAplicada,Prof.MarcoSimõesTransferênciadecalor,exercíciosselecionadosdoSears&Zemansky,cap.1717.65)Suponhaqueabarradafigurasejafeitadecobre,tenha45,0cmdecomprimentoeáreadaseçãoretaiguala1,25cm2.SejaTH=100°CeTC=O°C.a)Qualéogradientedetemperaturanoestadoestacionáriofinalaolongodabarra?b)Qualéataxadetransferênciadecalornabarranoestadoestacionáriofinal?c)Qualéatemperaturafinaldoestadoestacionárioemumpontodabarrasituadoa12,0cmdaextremidadeesquerdadabarra?Resposta:a)222K/m;222˚C/m;b)10,7W;c)73,3˚C.17.66)Umadasextremidadesdeumabarrametálicaisoladaémantidaa100°C,eaoutraextremidadeémantidaaO°Cporumamisturadegeloeágua.Abarratem60,0cmdecomprimentoeumaseçãoretacomáreaiguala1,25cm2.Ocalorconduzidopelabarraproduzafusãode8,50gdegeloem10,0min.Acheacondutividadetérmicakdometal.Resposta:227W/mK.17.67)Umcarpinteiroconstróiaparedeexternadeumacasausandoumacamadademadeiracom3,0cmdeespessuraeumacamadadeisoporcomespessurade2,2cmnasuperfícieinternadaparede.Amadeirapossuik=0,080W/mKeoisoporpossuik=0,010W/mK.Atemperaturadasuperfícieinternadaparedeéiguala19°Ceatemperaturadasuperfícieexternaéiguala-10°C.a)Qualéatemperaturanasuperfíciedajunçãoentreamadeiraeoisopor?b)Qualéataxadetransferênciadecalorpormetroquadradoatravésdaparede?Resposta:a)-5,8˚C;b)11W/m217.68)Umfogãodecozinhaelétricotemparedescomáreatotaliguala1,40m2eumisolantecomumacamadadefibradevidrodeespessuraiguala4,0cm.Asuperfícieinternadafibradevidropossuitemperaturaiguala175°Ceasuperfícieexternaestáa35°C.Acondutividadetérmicadafibradevidroé0,040W/mK.a)Qualéataxadetransferênciadecaloratravésdoisolante,supondoqueelepossasertratadocomoumaplacacomáreatotaliguala1,40m2?b)Quepotênciaelétricadeveserfornecidaaoelementoaquecedorparamanteratemperaturanecessária?Resposta:196W;b)196W.17.69)Otetodeumasalatemumaáreade125pésquadrados.EleéisoladocomumvalordeRiguala30(em(ft2.°F.h)/BTU).Asuperfícienasalaémantidaa69°F,enosótãoémantidaa35°F.Qualéatransferênciatotaldecalordotetoatéosótãoem5,0h?DêasuarespostaemBtueemJoules.Resposta:708BTU=7,5x105J17.70)Umadasextremidadesdeumabarralonga,isoladanasuperfícielateralparaimpediraperdadecalorparaoambiente,estáemcontatotérmicoperfeitocomáguaemebulição(napressãoatmosférica),eaoutraextremidadeestáemcontatocomumbanhodeáguaegelo,conformeafigura.Abarraécompostaporumaseçãode1,0mdecobre(comumaextremidadenovapord'água)eligadapelaoutraextremidadeaumaseçãodeaçodecomprimentoL2(comextremidadeimersanobanhodegelo).Asduasseçõesdabarrapossuemumaseção

retacomamesmaáreade4,0cm2.Atemperaturadajunçãoentreocobreeoaçoéiguala65°Cdepoisdeseratingidooestadoestacionário.a)Qualéaquantidadedecalorporsegundoquefluidoladoemcontatocomovaporparaaextremidadeimersanobanhodeáguaegelo?b)QualéocomprimentoL2daseçãodeaço?Resposta:a)5,39J/s;b)0,242m.17.71)Umapanelacomumfundodeaçodeespessuraiguala8,50mmestáemrepousosobreumfogãoquente.Aáreadabasedapanelaé0,150m2.Aáguanointeriordapanelaestáa100°C,esãovaporizados0,390kgdeáguaacada3,0min.Calculeatemperaturadasuperfícieinferiordapanelaqueestáemcontatocomofogão.Resposta:105,5˚C.17.72)Vocêfoiencarregadodeprojetarumabarradeaçocilíndricade50,0cmdecomprimento,comumaseçãoretacircular,queconduzirá150,0J/sdeumfornoa400°Caumrecipientedeáguaferventeaumapressãodeumaatmosfera.Qualdeveserodiâmetrodabarra?Resposta:80,0mm.17.73)Umajanelapanorâmicatemdimensõesde1,40mx2,50meéfeitadevidrocom5,20mmdeespessura.Emumdiadeinverno,atemperaturaexterioré-20°C,enquantoatemperaturainterioréconfortável:19,5°C.a)Qualataxadeperdadecalorporconduçãopelajanela?b)Qualseriaataxadeperdadecalorsevocêcobrisseajanelacomumacamadadepapelde0,750mmdeespessura(condutividadetérmicaiguala0,0500)?Avalieosresultados.Resposta:a)2,1x104W;b)6,4x103W;comacoberturaofluxodiminuiparacertadeumterço.17.74)Qualéataxadeirradiaçãodaenergiaporunidadedeáreadeumcorponegroqueestáaumatemperaturadea)273Kb)2730K?Resposta:a)315W/m2;b)3,15x106W/m2.17.75)Sabendoqueaáreatotaldocorpohumanoéaproximadamentede1,20m2,equeatemperaturadasuperfícieé30°C,(a)calculeataxatotaldetransferênciadecalordocorpoporradiação.(b)Seomeioambienteestáaumatemperaturade5°C,qualéataxaresultantedocalorperdidopelocorpoporradiação?Aemissividadedocorpoédecercade0,98,independentementedapigmentaçãodapele.Resposta:a)562W;b)167W.17.76)Aemissividadedotungstênioéiguala0,35.Umaesferadetungstêniocomraiode1,5cmestásuspensanointeriordeumgranderecipienteavácuocujasparedesestãoa290K.Quepotênciadeveserfornecidaàesferaparamanterasuatemperaturaem3000K,desprezando-seaconduçãodecaloraolongodosuportedaesfera?Resposta:4,54x104W.17.77)Áreadofilamentodeumalâmpadadebulbo.Atemperaturadeoperaçãodofilamentodetungstêniodeumalâmpadaincandescenteé2450Kesuaemissividadeéiguala0,35.Calculeaáreadasuperfíciedofilamentodeumalâmpadade150W,supondoquetodaenergiaelétricaconsumidapelalâmpadasejaconvertidaemondaseletromagnéticaspelofilamento.(Somenteumafraçãodoespectroirradiadocorrespondeàluzvisível)Resposta:2,1x10-4m2.