1º Lista de Exercício de Fenômeno de Transporte II , 1- As superfícies interna e externa de uma parede de espessura de 25 cm no verão estão a 27 e 44°C, respectivamente. A superfície externa da parede troca calor por radiação com as superfícies sup erfícies vizinhas a 40 4 0 °C e também por convecção conve cção com o ar ambiente a 40°C com coeficiente de transferência de calor por convecção de 8 W/W.m2.K. A radiação solar incide na superfície à taxa de 150 W/m2. Se a emissividade e a absortividade da superfície externa são iguais a 0,8. Determine a condutividade térmica efetiva da parede. 2- Um ferro de passar de 800 W é deixado sobre a tábua de passar com sua base exposta ao ar a uma temperatura de 20°C. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre a superfície da base e o ar circundante é 35 W/m2.K. Considerando que a base tem emissividade de 0,6 e área de 0,02 m2, determine a temperatura da base de ferro. 3- O telhado de uma casa tem laje de concreto de 22 cm de espessura (k = 2 W/m.K), 15 metros de largura e 20 m de comprimento. A emissividade da superfície externa do telhado é de 0,9, e o coeficiente de transferência de calor por convecção con vecção dessa superfície é estimado es timado em 15 W/m2.K. W /m2.K. A superfície interna do telhado é mantida a 15°C. Em uma noite clara de inverno, o ar ambiente está a 10°C, enquanto a temperatura noturna do céu, para trocar calor por radiação, é de 225 K. Considerando as transferências de calor por radiação e convecção, determine a temperatura da superfície externa e a taxa de transferência de calor meio de telhado. Se a casa é aquecida por um forno queimando gás natural com eficiência de 85% ao custo unitário do gás natural de US$ 1,2/therm (1 therm = 105,50 kJ de conteúdo energético), determine o dinheiro perdido por meio do telhado naquela noite, por um período de 14 horas. 4- Um transistor com altura de 0,4 cm e 0,6 cm de diâmetro é montado sobre uma placa de circuito. O transistor é resfriado com ar fluindo sobre ele com coeficiente médio de transferência de calor de 30W/m2.K. Considerando que a temperatura do ar é de 55 °C e o valor da temperatura da superfície do transistor não excede 70°C, determine a quantidade de energia que esse transistor pode dissipar de forma segura. Desconsidere qualquer transferência de calor da base do transistor. 5- Um ferro de solda tem ponta cilíndrica de 2,5 mm de diâmetro e 20 mm de comprimento. Com o tempo e o uso, a ponta oxidou e sua emissividade ficou em 0,8. Assumindo que o coeficiente médio de transferência de calor por convecção sobre a ponta de solda de ferro é 25 W/m2.K e a temperatura do ar circundante está em torno de 20°C, determine a potência necessária para manter a ponta a 400 °C. 6- Uma sala de 4 m x 5 m x 6 m é aquecida por uma tonelada de água contida em um tanque colocado na sala. A sala perde calor para a parte externa a uma taxa média de 10000 kJ/h. A sala permanece na temperatura inicial e constante de 20 °C e 100 kPa o tempo todo. Considerando que a água quente satisfaz as exigências de aquecimento desse espaço para o período de 24 horas, determine a
temperatura mínima da água quando esta é trazida para a sala considere calor específico constante para o ar e a água, na temperatura ambiente. 7- Em estado líquido, 1,2 kg de água, inicialmente a 15 °C, deve ser aquecido a 95°C em um bule equipado com um elemento de aquecimento elétrico de 1200 W. O bule de 0,5 kg tem calor médio específico de 0,7 kJ/kg.K. Tomando o calor específico da água de 4,18 KJ/kg. K e desprezando qualquer perda de calor do bule, determine quanto tempo vai demorar para a água ser aquecida. 8- Um recipiente esférico e oco de ferro com 20 cm de diâmetro externo e 0,4 cm de espessura contém uma mistura de água e gelo a 0 °C. Considerando que a temperatura da superfície externa é de 5 °C, determine a taxa aproximada de perda de calor da esfera em kW e a taxa em que o gelo derrete no recipiente. O calor de fusão da água é de 333,7 kJ/kg. 9- Reconsidere o problema 8. Trace a taxa em que o gelo derrete em função da espessura do recipiente na faixa de 0,1 a 1,0 cm. 10- O tratamento térmico é comum no processamento de materiais semicondutores. Um sanduíche de silício de 200 mm de diâmetro e espessura de 725 mm está sendo tratado termicamente em uma câmara de vácuo por aquecedor de infravermelho. As paredes em torno da câmara têm temperatura uniforme de 310 K. O aquecedor infravermelho fornece fluxo de radiação incidente de 200 kW/m2 na superfície superior do sanduíche, e a emissividade e a absortividade da superfície superior do sanduíche são 0,70. Usando um pirômetro, a temperatura da superfície inferior do sanduíche é 1000 K. Assumindo que não há troca de radiação entre a superfície inferior do sanduíche e arredores, determine a temperatura da superfície superior do sanduíche.
