Disciplina: Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor e Massa

Exercícios: Transferência de Calor

Data entrega: dia 29/04 as 14h00 no Laboratório de Hidráulica

1) As superfícies interna e externa de uma parede de tijolo de 4m x 7m, com espessura de 30cm e condutividade térmica de 0,69 W/m.K, são mantidas a temperaturas de 20º.C e 5º.C, respectivamente. Determinar a taxa de transferência de calor através da parede em W.

2) As superfícies interna e externa de uma janela de vidro de 2m x 2m com 0,5cm de espessura no inverno são de 10º.C e 3º.C respectivamente. Se a condutividade térmica do vidro é 0,78 W/m.K, determinar a perda de calor através do vidro ao longo de um período de 5 horas. Qual seria a resposta se a espessura do vidro fosse 1cm?

3) A parede norte de uma casa aquecida eletricamente tem 20 pés de comprimento, 10 pés de altura e 1 pé de espessura e é feita de tijolo cuja condutividade térmica é k=0,42 Btu/h.pé.o.F . Em certa noite de inverno, as temperaturas internas e externas da parede são verificadas com as temperaturas de 62º.F e 25º.F, respectivamente, por um período de 8horas. Determine: a) a taxa de perda de calor através da parede nessa noite; b) o custo da perda de calor para o proprietário da casa, se o custo da eletricidade é de U$0,07/kWh.

4) Um medidor de fluxo de calor colocado na superfície interior da porta de uma geladeira com 3cm de espessura indica um fluxo de calor de 25 W/m2 através da porta. Além disso, as temperaturas das superfícies interna e externa da porta foram medidas a 7ºC e 15ºC, respectivamente. Determinar a condutividade térmica média da porta da geladeira.

5) Ar quente a 80º.C é soprado ao longo de uma superfície plana de 2m X 4m, a 30º.C. Se o coeficiente médio de transferência de calor por convecção é de 55 W/m2.o.C , determinar a taxa de transferência de calor do ar para a placa, em KW.

6) Um tubo de água quente de 5cm de diâmetro externo, 10 m de comprimento, a 80º.C, esta perdendo calor para o ar em torno de 5º.C por convecção natural, com um coeficiente de transferência de calor de 25 W/m2.o.C. Determinar a taxa de perda de calor do tubo por convecção natural.

7) Os vidros interno e externo de uma janela de dupla camada com dimensões de 4 pés x 4 pés estão a 60º.F e 48º.F, respectivamente. Se o espaço entre os dois vidros for de 0,25 pol e esta completamente preenchida por ar, determinar a taxa de transferência de calor através da janela.

8) Dois materiais estão em perfeito contato térmico, as diferenças de temperatura no estado estacionário são indicadas na figura a seguir. Se a condutividade térmica do material de menor espessura (3cm) for de K1-2 = 0,1 W/m.o.C , calcule a condutividade térmica do material de maior espessura (5cm) como K2-3 considerando uma área de parede igual a 1,50m2.

9) Uma parede composta é formada por uma placa de cobre de 2,5 cm, uma camada de amianto de 3,2mm e uma camada de fibra de vidro de 5cm. A parede é submetida a uma diferença de temperatura de 560º.C Calcule o fluxo de calor por unidade de área através da estrutura composta. (Usar dados valores dos dados gerais onde couber).

10) Uma janela de vidro duplo (cada um com espessura de 4 mm) possui uma camada de ar de 1 cm entre os vidros. O ar externo está a -10°C com um coeficiente convectivo de transferência de calor de

175 W/m²K. A superfície da camada de vidro em contato com o ambiente interno está a 298 K.

Determine a taxa de transferência de calor e a temperatura mais baixa na camada de ar. Resposta: 88 W/m², -9,4ºC; 11) As superfícies internas de um grande edifício são mantidas a 20º.C, enquanto a temperatura na superfície externa é de 0o.C. As paredes medem 25 cm de espessura, e foram construídas com tijolos de condutividade térmica de 0,6 kcal/h.o.C. a) Calcular a perda de calor por m2 de superfície por hora; b) Sabendo-se que a área total da superfície do edifício é de 1000m2, e que o poder calorifico do GLP é de 11.000 kcal/kg, determinar a quantidade de GLP necessária a ser utilizada para manter a temperatura especificada por um período de 10 horas, admitindo-se um rendimento do sistema de aquecimento em 50%.

Dados Gerais Kamianto = 0,166 W/m.ºC Kcobre = 0,372 W/m.ºC kfibra vidro = 0,048 W/m.ºC kmanta de vidro = 8,6*10-5 W/m.ºC ktijolos refratários = 1.116*10-3 W/m.ºC ktijolos de caulim = 225*10-3 W/m.ºC kargamassa = 1.285*10-6 W/m.ºC

Q = - k*A*T/L; Q = - T/Rtotal; Ri= Li/A*ki K – Condutividade Térmica Q = Fluxo de calor T – Temperatura R – Resistência A – Área L – Espessura BIBLIOGRAFIA:

DIÓGENES GANGHIS. Condução de calor. CEFET-BA. Disponível em www.ifba.edu.br

USP- Lista de exercícios disponível em: http://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5840921/269/Listadeexerciciostransfer1.pdf.

Apostila Introdução a Transferência de Calor – EDUARDO E. C. QUITES & LUIZ RENATO BASTOS LIA – UFPI – disponível em: http://www.ufpi.br/subsiteFiles/caec/arquivos/files/Introdu%C3%A7%C3%A3o%20%C3%A0%20Transfer%C3%AAncia%20de%20Calor.pdf YUNUS ÇENGEL – Transferência de Calor e Massa: uma abordagem prática. Editora McGraw Hill – São Paulo, 2009.