TRANSFERÊNCIA DE CALOR - Exercícios

Exercícios resolvidos

1- Uma parede plana é composta por 3 camadas de materiais diferentes, cujas espessuras são 5cm, 10cm e 25cm e as condutividades térmicas são 44,8 W/mºC; 4,66 W/mºC e 0,69 W/mºC, respectivamente. As temperaturas das superfícies expostas das camadas externas são de 980ºC e 93ºC, respectivamente. Calcule a taxa de transmissão de calor por condução, por metro quadrado de superfície da parede.

 

                 

2- Uma parede de um forno é constituída de duas camadas: 0,20 m de tijolo refratário (k =1,2 kcal/h.m.ºC) e 0,13 m de tijolo isolante (0,15 kcal/h.m. ºC). A temperatura dos gases dentro do forno é 1700 ºC e o coeficiente de película na parede interna é 58 kcal/h.m².ºC. A temperatura ambiente é 27 ºC e o coeficiente de película na parede externa                              é 12,5 kcal/h m² ºC. Desprezando a resistência térmica das juntas de argamassa, calcular:

a) o fluxo de calor por m² de parede;

b) a temperatura nas superfícies interna e externa da parede.

1) O que significa convecção livre? E convecção forçada? A convecção livre não necessita de um elemento externo para sua execução, enquanto a convecção forçada necessita de um agente externo, que nos líquidos é uma bomba para promover o movimento do líquido de arrefecimento. Enquanto que na convecção forçada, há a necessita de um agente externo para promover a troca de fluidos

2) Como se define um corpo negro? Qual o material que mais se aproxima do corpo negro? É um corpo que emite e absorve, a qualquer temperatura, a máxima quantidade possível de radiação em qualquer comprimento de onda.

3) Analise as afirmações referentes à condução térmica:

I – Para que um pedaço de carne cozinhe mais rapidamente, pode-se introduzir nele um espeto metálico. Isso se justifica pelo fato de o metal ser um bom condutor de calor.

II – Os agasalhos de lã dificultam a perda de energia (na forma de calor) do corpo humano para o ambiente, devido ao fato de o ar aprisionado entre suas fibras ser um bom isolante térmico.

III – Devido à condução térmica, uma barra de metal mantém-se a uma temperatura inferior à de uma barra de madeira colocada no mesmo ambiente.

Podemos afirmar que

a) I, II e III estão corretas.

b) I, II e III estão erradas.

c) Apenas I está correta.

d) Apenas II está correta.

e) Apenas I e II estão corretas.

4) Considere o texto abaixo com as lacunas.

“Numa geladeira, o ar frio ______ e o ar quente ______ para ser resfriado, numa continua corrente de ______. Para facilitar o resfriamento do ar, o sistema de refrigeração é colocado na parte ______ da geladeira.”

As palavras que preenchem corretamente as lacunas são, respectivamente,

a) sobe - desce - convecção - superior

b) desce - sobe - convecção - superior

c) sobe - desce - condução - inferior

d) desce - sobe - condução - inferior

e) sobe - desce - radiação - superior

5) Considere as afirmações seguintes:

III - Condução é uma forma de transmissão de calor que não ocorre no vácuo.

III - Irradiação é uma forma de transmissão de calor que ocorre apenas no vácuo.

III - Convecção é uma forma de transmissão de calor que ocorre apenas nos líquidos.

Estão erradas:

a) I e II                         b) I e III                       c) II e III                      d) I, II, III                     e) nenhuma

6) Leia atentamente as afirmativas abaixo:

IiI - para refrigerar um barril de chope, fechado, deve-se colocar gelo sobre o mesmo e nunca embaixo.

III - quando nos aproximamos de uma fogueira sentimos calor devido, principalmente, à condução térmica que se dá pelo ar.

III - os ventos em geral e as brisas litorâneas, em particular, são correntes de convecção gasosas. No litoral, durante o dia, as massas de ar sobre a Terra sobem, dando lugar ao ar que vem do mar para a Terra.

Entre as afirmativas, está(ão) correta(s)

a) somente I.                  b) somente II.                c) II e III.                      d) I e III.                      e) I, II e III.

7) A figura ilustra um sistema de aquecimento solar: uma placa metálica P pintada de preto e, em contato com ela, um tubo metálico encurvado; um depósito de água D e tubos de borracha T ligando o depósito ao tubo metálico.

O aquecimento da água contida no depósito D, pela absorção da energia solar,

é devido basicamente aos seguintes fenômenos, pela ordem

a) condução, irradiação, convecção.

b) irradiação, condução, convecção.

c) convecção, condução, irradiação.

d) condução, convecção, irradiação.

e) irradiação, convecção, condução.

8) Uma roupa de lã tem 5 mm de espessura. Supondo-a totalmente em contato com a pele de uma pessoa, a 36 ºC, num meio ambiente a 10 ºC, determine: Dado: coeficiente de condutibilidade térmica da lã: K=0,00009 cal/s . cm . ºC

a) o fluxo de calor por cm² através da roupa. (4,68.10^-3 cal/s.)

q = (0,00009x1/0,5) x (36 – 10)  = 0,00468 cal/s.

b) a quantidade de calor perdida por cm² pela pele em 1min. (0,280 cal)    Q = 0,00468 x 60 = 0,2808 cal

9) Um lado de uma parede plana grande de 10 cm de espessura é exposta a um fluxo de calor de 100 W/m². A medida da diferença de temperatura entre os lados da parede é 10ºC. Qual o coeficiente de condutividade da parede? (1 W/m.K)

100 = (k x1) /0,1 x 10 =  1

10) Considere o exercício 9. Se um material diferente, com uma condutividade térmica de 0,1 W/m.K, fosse escolhido para a parede plana, mas a espessura da parede e a diferença de temperatura através da parede permanecessem as mesmas, qual seria o resultado do fluxo de calor? (10W/m²).

q = (0,1 x1) /0,1 x 10 =  10

11) Calor é transferido por convecção de uma parede para uma corrente de ar a 25ºC. Se o fluxo de calor permanece constante em 100 W/m², ache a temperatura da superfície da parede se (a) h_c = 10 W/m².K, (b) h_c = 100 W/m².K e (c) h_c = 1000 W/m².K. Analise os resultados. (35ºC, 26ºC, 25,1ºC)

100 = t -25 /  (1/10 x 1 )  => t = 35º      100 = t -25 /  (1/100 x 1 )  => t = 26º      100 = t -25 /  (1/1000 x 1 )  => t = 25,1º     

12) Radiação é emitida por uma superfície a 300 K com uma emissividade de 0,6. Qual será a radiação emitida da superfície e a mudança da radiação emitida, se a temperatura da superfície for aumentada para 1000 K. Dado: s = 5,67 . 10^-8 W/m².K⁴ . (A temperatura aumenta de 233,33% e a potência emissiva aumenta 12.200%).

q = 5,67 x 10⁸ x 300⁴ = 4,59 x 10 ¹⁸       q = 5,67 x 10⁸ x 1000⁴  = 5,67 x 10²⁰      (1000-300)/300 x 100% =   233,33%      (5,67 x 10²⁰ – 4,59 x 10¹⁸)  /  4,59 x 10¹⁸  x 100% = 12.200%