Exercícios de Mecanismos de Transferência de Calor - Lista de Exercícios Resolvida

Um aquecedor elétrico de cartucho apresenta a mesma forma de um cilindro longo de comprimento e diâmetro . Em condições normais de operação, o aquecedor dissipa , quando submerso em uma corrente de água a em que o coeficiente de transferência de calor é de .

Desprezando a transferência de calor a partir dos terminais do aquecedor, determine sua temperatura de superfície .

Se a corrente de água for inadvertidamente interrompida enquanto o aquecedor continua operando, a superfície do aquecedor fica exposta ao ar que também se encontra a , mas para o qual . Qual a temperatura da superfície correspondente? Quais as consequências de tal ocorrência?

Um transistor de comprimento e diâmetro é resfriado por uma corrente de ar de temperatura .

Em condições nas quais o ar mantém um coeficiente de convecção médio . Na superfície, qual a dissipação máxima de potência permitida se a temperatura da superfície não deve ultrapassar ?

(Adaptada) “Em condições nas quais a mesma temperatura ambiente é mantida por um sistema de aquecimento ou resfriamento, é comum para uma pessoa sentir-se incomodada com um pouco de frio no inverno, mas confortável no verão”.

Dê uma explicação plausível para esta situação (com cálculos que apoiem sua colocação), considerando que a temperatura do ar ambiente seja mantida a durante todo o ano e as paredes da sala a no verão e no inverno. A superfície exposta de uma pessoa na sala pode ser considerada a uma temperatura de no decorrer do ano com uma emissividade de . O coeficiente associado à transferência de calor por convecção natural entre a pessoa e o ar ambiente é aproximadamente .

Uma base com de espessura de uma panela com de diâmetro pode ser feita de alumínio () ou cobre (). Quando utilizada para ferver água, a superfície em contato com a água fervendo no fundo encontra-se nominalmente a . Se o calor é transferido a partir do fogão para a panela a uma taxa de , qual a temperatura da superfície em contato com o fogo para cada um dos materiais?

Uma janela de vidro de de largura e de altura apresenta de espessura e condutividade térmica de . Se as temperaturas interna e externa do vidro em um dia de inverno são e respectivamente, responda:

Qual a taxa de perda de calor através do vidro?

Para reduzir as perdas de calor através das janelas, costuma-se utilizar construções com painel duplo, em que as duas placas de vidro são separadas por ar. Se o espaçamento entre elas for de e as superfícies em contato com o ar tiver temperaturas de e , qual a taxa de perda de calor de uma janela ? A condutividade térmica do ar é .