Centro Universitário Jorge Amado Disciplina: Transferência de Calor Professor: Thiago Fontes LISTA DE EXERCÍCIOS 01
1ª Questão - Uma janela de vidro com 1m de largura, 2m de altura e 5 mm de espessura, tem condutividade térmica de 1,4 w/(mK). Se um dia de inverno as temperaturas das superfícies interna e externa do vidro são -20°C e 15°C, respectivamente, qual é a taxa de perda de calor através da janela? a) É costume em locais frios, usar janelas de vidro duplo nas quais as placas de vidro adjacentes são separadas por uma camada de ar. Se o afastamento entre as placas for de 10mm e as temperaturas das superfícies do vidro em contato com os ambientes estiverem nas temperaturas de 10°C e -15°C, qual a taxa de perda de calor em uma janela de 1m x 2m, sabendo-se que a condutividade térmica do ar é 0,024 0 ,024 W/(mK). (Resp: qsimples = 19.600W e qduplo =120W)
2ª Questão - A base, com 5 mm de espessura, de uma panela com 200 mm de diâmetro pode ser feita de alumínio (Kaluminio= 240 W/(mK)) ou cobre (Kcobre= 390 W/(mK). Quando usada para ferver a água, a superfície da da base exposta à água encontra-se a 110°C. Se o calor é transferido do fogão para a panela a uma taxa de 600W, qual a temperatura da superfície voltada para o fogão para cada um dos dois materiais? (Resp: T1 = 110,40°C e T1 = 110,24°C ) 3ª Questão - Sob condições nas quais a mesma temperatura em um quarto é mantida por um sistema de aquecimento ou resfriamento, não é incomum uma pessoa sentir frio no inverno e estar confortável no verão. Forneça uma explicação razoável para esta situação (apoiada em cálculos), considerando um quarto cuja temperatura ambiente seja mantida a 20°C ao longo do ano, enquanto suas paredes encontram-se normalmente a 27°C e 14°C no verão e no inverno, respectivamente. A superfície exposta de uma pessoa no quarto pode ser considerada como 32°C ao longo do ano, com uma emissividade de 0,9. O coeficiente associado à transferência de calor por convecção natural entre a pessoa e o ar do quarto é de aproximadamente 2W/(m 2K). (Resp: por conveção a transferência de calor é 24 W/m 2 e por radição 28,3 W/m 2 no verão e 95,4 W/m 2 no inverno) 4ª Questão - Um dormitório em uma grande universidade, construído há 50 anos, tem as paredes externas construídas com um forro que tem uma condutividade térmica de 0,1 W/(mK) e espessura de 25 mm. Para reduzir a perda térmica no inverno, a universidade decidiu encapsular todo o dormitório através da aplicação de uma camada de 25 mm de isolante extrudado com condutividade térmica de 0,029 W/(mK) na superfície externa do forro. O isolante extrudado é, por sua vez, coberto com vidro arquitetônico com uma espessura de 5 mm, condutividade térmica de 1,4 W/(mK). Com base nestas informações, determine o fluxo térmico através das paredes original e remodelada, quando as temperaturas do ar interno e externo são 22°C e -20°C, respectivamente. Os coeficientes de transferência de calor por convecção interno e externo são 5 W/(m 2K) e 25 W/(m2K), respectivamente. (Resp: qsimples = 85,7 W/m2, qcomposto = 31,1 W/m2) 5ª Questão - A sensação de calafrio (resfriamento ( resfriamento pelo vento), que é experimentada em dias frios com vento, está relacionada ao aumento da transferência de calor na pele humana exposta à atmosfera circundante. Considere uma camada de tecido gorduroso que possua 3mm de espessura cuja superfície interna seja mantida a 36°C. em um dia calmo, o coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície externa é de 25 W/(m 2K), mas com vento de 30 km/h ele chega a 65 W/(m 2K). Em ambos os casos, a temperatura do ar ambiente é de -15°C. Com base nestas informações, avalie:
a) Qual a razão entre as perdas de calor, por unidade de área da pele, em um dia calmo e em um com vento? (Resp: 0,553) b) Qual será a temperatura da superfície externa da pele em um dia calmo? E em um dia com vento? (Resp: T2 dia calmo = 22,1 oC, T2 dia com vento = 10,8 oC) 6ª Questão - Uma casa possui uma parede composta com camadas de madeira, isolamento à base de fibra de vidro e placa de gesso, como indicado no esboço. Em um dia frio de inverno, os coeficientes de transmissão de calor por convecção são h ext = 60 W/(m2K) e hint = 30 W/(m2K). A área total da superfície da parede é de 350 m 2.
a) Determine a expressão simbólica para a resistência térmica total da parede, incluindo os efeitos de convecção nas superfícies interna e externa, para as condições especificadas. b) Determine a perda total de calor através da parede. (Resp: 4,2 kW) c) Se o vento soprar violentamente, aumentando o h e para 300 W/(m2K), determine o aumento percentual na perda de calor. (Resp: 0,5%) d) Qual a resistência dominante que determina a quantidade de calor que atravessas a parede. (Resp: a manta de vidro controla a quantidade de calor que atravessa a parede, uma vez que promove maior resistência térmica 7,52x10-3 °C/W) 7ª Questão - A parede composta de um forno possui três materiais, dois dos quais com condutividade térmica térmica de KA = 20 W/(mK) e KC = 50 W/(mK) e espessura de L A = 0,30 m e L C = 0,15 m conhecidas. O terceiro material, B, que se encontra entre os materiais A e C possui espessura de L B = 0,15 m conhecida, mas a sua condutividade térmica é desconhecida. Qual o valor da condutividade térmica do material B sob condições de operação em regime estacionário, medidas revelam uma temperatura na superfície externa do forno de 20°C e uma temperatura de superfície externa de 600°C. A temperatura interna do ar no interior do forno é de 800°C e o coeficiente convectivo interno é de 25W/(m2K). (Resp: kB = 1,53W/(mK))
