Lista 02 - Condução em Regime Permanente

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Área do Conhecimento de Ciências Exatas e Engenharias

Disciplina: Transferência de Calor e de Massa – BFX4009A
Ano/Período: 2024/2
Professor: Luis Rafael Bonetto
lrbonett@ucs.br
LISTA 02 – CONDUÇÃO EM REGIME PERMANENTE
1) Uma tubulação de vapor com 0,12 m de diâmetro externo encontra-se isolada termicamente com uma
camada de silicato de cálcio. Se a camada de isolamento térmico possui uma espessura de 20 mm e as suas
superfícies interna e externa são mantidas a 800K e 490K, respectivamente, qual é a perda de calor por
unidade de comprimento da tubulação? Considere k = 0,104 W/mK
2) Uma parede composta de altura H e de comprimento unitário na direção normal ao plano da página, está
isolada nas suas faces superior e inferior e é constituída por 4 materiais diferentes, dispostos conforme a
figura
a) esquematizar o circuito térmico do sistema

b) consideremos uma parede com as seguintes propriedades: H = 3m, HB = HC = 1,5 m, L1 = L3 = 0,05m,
L2 = 0,10 m, kA = kD = 50 W/mK, kB = 10 W/mK e kC = 1 W/mK. Qual é a taxa de transferência de calor
através da parede quando T1 = 200ºC, h1 = 50 W/m²K, T2 = 25ºC e h2 = 10 W/m²K?. Quais são as
temperaturas T1 e T2 nas duas interfaces?
3) Uma parede de 2 cm de espessura deve ser construída com um material que tem uma condutividade
térmica média de 1,3 W/mK. A parede deve ser isolada com um material cuja condutividade é de 0,35
W/mK., de tal forma que a perda de calor por m² não seja superior a 1830 W. Considerando que as
temperaturas das superfícies interna e externa da parede composta são 1300 e 30°C, calcule a espessura do
isolamento.
4) Uma parede composta é formada por uma placa de cobre de 2,5 cm, uma camada de amianto
(k = 0,58 W/mºC) de 3,2 mm e uma camada de fibra de vidro (k = 0,046 W/m°C) de 5 cm (as dimensões são
as espessuras). A parede é submetida a uma diferença de temperatura de 560°C. Calcule o fluxo de calor por
unidade de área através da estrutura composta.
5) Um dos lados de uma placa de cobre de 5 cm de espessura é mantido a 260°C. O outro lado é coberto com
uma manta de fibra de vidro revestida de papel ( = 16 kg/m3) de 2,5 cm de espessura. O exterior da fibra de
vidro é mantido a 38°C, e o fluxo de calor total através do conjunto é 4 kW. Qual é a área da placa?
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6) O vidro traseiro de um automóvel é desembaçado pela passagem de ar quente sobre a sua superfície
interna. Se o ar quente está a 40°C e o coeficiente de transferência de calor por convecção é de 30 W/m²K,
quais são as temperaturas das superfícies interna e externa do vidro, que possui 4 mm de espessura, se a
temperatura do ar ambiente do lado externo for de -10°C, com um coeficiente de convecção de 65 W/m²°C.
Dica: realize seus cálculos utilizando uma base de 1 m² de área de troca térmica.
7) As paredes laterais de uma câmara frigorífica são constituídas de uma placa de cortiça de 10 cm de
espessura, comprimida entre duas placas de madeira (k = 0,15 W/mK) de 1,3 cm de espessura, cada. As
dimensões destas paredes são 5 m x 8 m. A superfície interna de todo o conjunto está a –12°C e o ambiente
externo a 27°C, com um coeficiente convectivo de 20 W/m2K. Determine a taxa de calor que passa por esse
sistema.
8) Calcule o calor transferido através da parede composta esquematizada abaixo. Considere o fluxo de calor
unidimensional.
9) Um tubo de aço de 5 cm de diâmetro externo é coberto com 6,4 mm de amianto (k = 0,58 W/mºC) seguido
de uma camada de 2,5 cm de fibra de vidro (k = 0,046 W/m°C). A temperatura da parede do tubo é 315°C,
e a temperatura externa do isolamento é 38°C. Calcule a temperatura da interface entre o amianto e a fibra
de vidro.
10) A parede composta de um forno possui três materiais, dois dos quais com condutividade térmica
conhecida KA = 20 W/m°C e KC = 50 W/mK. A espessura da parede
A é 0,30 m, da parede B é 0,15 m e da parede C é 0,15 m. Em
condições de operação em regime estacionário, medidas revelam
uma temperatura na superfície externa do forno de 20°C, uma
temperatura na superfície interna de 600°C e uma temperatura do ar
no interior do forno de 800°C. O coeficiente de transferência de
calor por convecção no interior do forno é igual a 25 W/m²°C.
Determine a condutividade do material B.
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11) Vapor a 250°C escoa através da tubulação de aço (AISI 1010) com diâmetro de 60 mm e diâmetro
externo de 75 mm. A tubulação está recoberta com um isolamento de 3 cm de espessura e condutividade
térmica de 0,2 W/mK. O coeficiente de convecção entre o vapor e a superfície interna da tubulação é de 500
W/m²K enquanto que aquele entre a superfície externa e a vizinhança é de 25 W/m²K. A temperatura do ar
da vizinhança é de 20°C. Qual é a perda de calor por metro de comprimento de tubo?
12) A superfície interna de uma parede de tijolos de espessura L = 10 cm (k = 1W/mK), está a 930°C, e a
superfície externa está exposta a um ambiente a 30°C com um coeficiente de troca térmica igual a 20 W/m²K.
Qual é a temperatura da superfície externa? Calcule a espessura da camada de isolamento (k = 0,1 W/mK)
necessário, na superfície externa, para que a superfície da camada de isolante exposta ao ar nunca ultrapasse
90°C.
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RESPOSTAS LISTA 02 – CONDUÇÃO EM REGIME PERMANENTE
1) q' ~ 704 W/m
2) q ~ 3745,15 W T1 ~ 173,8ºC T2 ~ 151ºC

3) L ~ 0,2375 m ~ 23,8 cm
4) q" ~ 512,6 W/m²
5) A ~ 9,8 m²
6) q ~ 969,5 W/m² Ti ~ 7,7°C Te ~ 4,9ºC (para kvidro = 1,4 W/mK)
7) q ~ 559,7 W
8) q ~ 13300 W
9) T = 307°C
10) kB ~ 1,53 W/m.K
11) q ~ 401 W
12) T ~ 330°C; L ~ 6 cm

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a) esquematizar o circuito térmico do sistema

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1) q' ~ 704 W/m

2) q ~ 3745,15 W T1 ~ 173,8ºC T2 ~ 151ºC

4) q" ~ 512,6 W/m²

6) q ~ 969,5 W/m² Ti ~ 7,7°C Te ~ 4,9ºC (para kvidro = 1,4 W/mK)

10) kB ~ 1,53 W/m.K

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