1.

Um aquecedor elétrico de cartucho apresenta a mesma forma de um cilindro longo de comprimento L = 200   m m e diâmetro D = 20   m m . Em condições normais de operação, o aquecedor dissipa 2   k W , quando submerso em uma corrente de água a 20 ° C em que o coeficiente de transferência de calor é de h = 5000   W . m - 2 . K - 1 .

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

b 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 20   o C , mas para o qual h = 50   W . m - 2 . K - 1 . Qual a temperatura da superfície correspondente? Quais as consequências de tal ocorrência?

Resolução
2.

Um transistor de comprimento L = 10   m m e diâmetro D = 12   m m é resfriado por uma corrente de ar de temperatura T ∞ = 25 o C .

Em condições nas quais o ar mantém um coeficiente de convecção médio h = 100   W . m - 2 . K - 1 . Na superfície, qual a dissipação máxima de potência permitida se a temperatura da superfície não deve ultrapassar 85 o C ?

Resolução
3.

(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 20 ° C durante todo o ano e as paredes da sala a 27 ° C no verão e 14 ° C no inverno. A superfície exposta de uma pessoa na sala pode ser considerada a uma temperatura de 32 ° C no decorrer do ano com uma emissividade de 0,90 . O coeficiente associado à transferência de calor por convecção natural entre a pessoa e o ar ambiente é aproximadamente 2   W . m - 2 . K - 1 .

Resolução
4.

Uma base com 5   m m de espessura de uma panela com 200   m m de diâmetro pode ser feita de alumínio ( k = 240   W . m - 1 . K - 1 ) ou cobre ( k = 390   W . m - 1 . K - 1 ). Quando utilizada para ferver água, a superfície em contato com a água fervendo no fundo encontra-se nominalmente a 110 ° C . Se o calor é transferido a partir do fogão para a panela a uma taxa de 600   W , qual a temperatura da superfície em contato com o fogo para cada um dos materiais?

Resolução
5.

Uma janela de vidro de 1   m de largura e 2   m de altura apresenta 5   m m de espessura e condutividade térmica de k v = 1,4   W . m - 1 . K - 1 . Se as temperaturas interna e externa do vidro em um dia de inverno são 15 o C e - 20 o C respectivamente, responda:

a Qual a taxa de perda de calor através do vidro?

b 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 10   m m e as superfícies em contato com o ar tiver temperaturas de 10 o C e - 15 o C , qual a taxa de perda de calor de uma janela 1 x 2   m ? A condutividade térmica do ar é k a = 0,024   W . m - 1 . K - 1 .

Resolução

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