Departamento de Engenharia Mecânica - PUC–Rio
Fenômenos de Transporte
EXERS DE TRANSMISSÃO DE CALOR
BALANÇO GLOBAL DE ENERGIA
Prof. Washington Braga
1. Uma placa horizontal está isolada nas faces laterais e na base. Internamente,
há uma resistência elétrica de forma que podemos considerá-la como geração
interna de energia com a intensidade de 1200 W. Desprezando a Convecção
e considerando que a superfície exposta possa ser considerada como um
corpo negro (emissividade = 1), determine a temperatura de equilíbrio da
superfície da peça, supondo que a temperatura do ambiente de radiação seja
30ºC. Considere o regime permanente e que a área exposta ao fluido seja 2
m2. Resp. 98,2ºC
2. Uma placa horizontal está isolada nas faces laterais e na base. Internamente,
há uma resistência elétrica de forma que podemos considerá-la como geração
interna de energia com a intensidade de 1200 W.
Considerando que o
coeficiente de troca de calor entre a placa e o meio ambiente vale 20 W/m 2K,
que a superfície exposta possa ser considerada como um corpo negro
(emissividade = 1), determine a temperatura de equilíbrio da superfície da
peça, supondo que a temperatura do ambiente de radiação seja 30ºC, mesma
temperatura do ambiente de convecção. Considere o regime permanente e
que a área exposta ao fluido seja 2 m2. Resp. 52,2ºC
3. Um cilindro dissipa internamente 800 W por efeito Joule. Supondo que sua
temperatura superficial seja de 55ºC, pede-se determinar se o cilindro está se
aquecendo ou resfriando. Suponha que o raio do cilindro seja R = 0,1 m, sua
altura seja H = 1 m, ele esteja imerso em água que está a 25ºC e com
coeficiente de troca de calor por convecção de h = 40 W/m2K. Resp. -29,4 W
4. 600 W vinda de uma fonte externa atinge a superfície inferior de uma placa
plana horizontal. A refletividade desta superfície é 0,15. A superfície superior
está exposta ao vácuo (3K) e pode ser considerada negra. Sabendo-se que o
regime é permanente, não há fontes internas e a placa é opaca, pede-se
determinar a temperatura da superfície superior. Considere que a área da
superfície superior seja de 1 m2. Determine ainda a quantidade de energia
saindo pela face superior.
As demais faces estão isoladas termicamente
falando. Resp. 510 W
5. Duas placas planas são colocadas em contato direto (suposto ideal). A placa
da esquerda está em contato com um fluido quente, 120ºC e com um
coeficiente de troca de calor por convecção igual a 40 W/m2.K. A temperatura
da face em contato com este fluido é de 85ºC.
A placa da direita, cuja
temperatura externa é 180ºC, está em contato com um ambiente de radiação,
cuja temperatura aparente é de 32ºC. A área transversal das duas placas vale
2,0 m2. Determine a geração interna (W/m3) que ocorre na placa da direita,
de espessura igual a 0,005 m, para que o regime permanente seja possível. A
emissividade da placa da direita é 0,9. Resp. 6,22x104 W/m3.
6. Uma lâmpada incandescente de 100 W pode ser suposta, para os presentes
fins, como uma esfera de 10 cm de diâmetro. Supondo que a temperatura
superficial dela seja 130ºC e que o coeficiente de troca de calor por convecção
com o ambiente (28ºC) vale h = 8 W/m2.K, determine o percentual de energia
que sai por Radiação. Resp. 74,4 W
7. Um fio elétrico muito longo dissipa energia por efeito Joule à taxa de 5x10 4
W/m3. O fio está imerso em um meio gasoso (conveccção e radiação são
importantes). Considerando que o coeficiente de troca de calor por convecção
seja igual a 10 W/m2.K e que a emissividade seja 0,9, determine o raio do fio
que irá garantir o regime permanente, supondo que os ambientes de
convecção e de radiação estejam ambos a 26ºC.
O comprimento não é
conhecido. A temperatura superficial do fio é de 65ºC. Resp. R = 0,026 m
8. Uma casca esférica de raio interno Ri = 0,10 m e raio externo Ro a ser
determinado trabalha em regime permanente.
Sabendo-se que 1000 W
chegam à face interna da casca, pede-se determinar o raio externo necessário
para que a condição de equilíbrio térmico seja mantida. Não há fontes internas
de energia. Resp.
9. Uma casca cilíndrica tem comprimento 1,0 m, raio interno Ri = 0,25 m e raio
externo Ro = 0,50 m. Se 200 W/m2 estão chegando na face interna da casca
e 150 W/m3 são absorvidos internamente no material da casca (pelo
derretimento de gelo, por exemplo), determine a quantidade de energia que
deve ser trocada pela face externa para que o regime permanente seja
possível.
10. Uma placa horizontal está isolada nas faces laterais e na base. Internamente,
há uma resistência elétrica de forma que podemos considerá-la como geração
interna de energia com a intensidade de 4000 W. Considerando a Radiação e
considerando que o coeficiente de troca de calor entre a placa e o meio
ambiente (que está a 30ºC) vale 50 W/m2K, determine a temperatura de
equilíbrio da superfície da peça. Considere o regime permanente e que a área
exposta ao fluido seja 4 m2.