PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAISIPUC - Instituto Politécnico – PUC Contagem

Curso: Engenharia Mecânica

Disciplina: Transferência de Calor Prof.: Luís Carlos Monteiro Sales

1º Trabalho Grupo: máximo 5 alunos valor: 10 pontosData da entrega: 07/10/2015Alunos: ___________________________________________________ ___________________________________________________ __________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________

Questão 1 (3 pontos)

Uma casa tem telhado horizontal, plano e recoberto com o asfalto negro. A

superfície inferior do telhado apresenta um bom isolamento, ao passo que a

superfície superior está exposta ao ar ambiente a 300 K, por meio de um coeficiente

de transferência de calor convectivo de 10 W/m2K. Calcule a temperatura de

equilíbrio do telhado para as condições a seguir:

a) Um dia ensolarado com fluxo de radiação incidente de radiação solar de 500

W/ m2K e o céu ambiente a uma temperatura efetiva de 50 K;

b) Uma noite clara com temperatura do céu ambiente de 50 K.

O céu se comporta como um corpo negro. Devem fazer parte da análise do

problema desenhos esquemáticos detalhando todas as condições

necessárias para resolução, a análise do balanço de energia completo com

todas as considerações.

Questão 2 (4 pontos)

Para isolar um condutor elétrico é utilizado um material que possui condutividade

térmica de 0,15 W/m K e 3,0 mm de espessura. O cabo condutor possui um diâmetro

de 2,8 mm. O contato entre as superfícies do condutor e do material isolante não é

perfeita, sendo a resistência térmica de contato entre estas superfícies por unidade

de comprimento igual a 0,0002 m2 K/W. O coeficiente de transferência de calor por

convecção entre a superfície externa do material isolante e o ambiente é de

12 W/m2K e a temperatura ambiente igual a 23ºC.

Determine a potência elétrica máxima permitida que pode ser dissipada,

considerando que a superfície do isolante não exceda a 48ºC.

Determine a espessura crítica de isolamento e realize uma análise utilizando um

diagrama das resistências térmicas x espessura de isolamento. Utilizar para esta

análise uma resolução numérica utilizando o microsof Excel, que possibilite a

avaliação dos efeitos da condução e convecção, além das alterações das

espessuras de isolamento.

Devem fazer parte da análise do problema desenhos esquemáticos detalhando

todas as condições necessárias para resolução, a análise do balanço de energia

completo com todas as considerações

Questão 3 (3 pontos)

Uma camada de tijolos refratários com 50 mm de espessura e de condutividade

térmica de 1,731 W/m K é colocada entre duas placas de aço (k=51,93 W/m K), com

espessura de 7 mm. As faces dos tijolos adjacentes às placas são rugosas,

oferecendo um contato sólido-sólido somente 30% da área total, apresentando uma

altura média das asperezas de 0,8 mm. Se as temperaturas da superfície das placas

de aço forem respectivamente 93,3º e 426,6ºC. Determine a taxa de fluxo de calor

por área unitária.

Devem fazer parte da análise do problema desenhos esquemáticos

detalhando todas as condições necessárias para resolução, a análise do

balanço de energia completo com todas as considerações, além da

representação do circuito de resistências térmicas.