1.

Pavimentos asfálticos podem atingir temperaturas acima de 50 o C em dias quentes de verão. Considere que tal temperatura exista em todo o pavimento, quando subitamente uma tempestade reduz a temperatura da superfície para 20 o C . Calcule a quantidade total de energia (por unidade de área) que será transferida do asfalto em um período de 30   m i n no qual a superfície é mantida a 20 o C . As propriedades termofísicas do asfalto são ρ =   2115   k g . m - 3 , c p =   920   J . k g - 1 . K - 1 e k = 0,062   W . m - 1 . K - 1 .

Resolução
2.

(Adaptada) Uma placa fina de aço ( ρ =   7800   k g . m - 3 , c p =   480   J . k g - 1 . K - 1 e k = 50   W . m - 1 . K - 1 ) está inicialmente a 300 o C e é resfriada por um jato de água colidindo em uma de suas superfícies. A temperatura da água é de 25 o C e o jato mantém um coeficiente de convecção na superfície elevado e aproximadamente uniforme. Considerando que a superfície é mantida à temperatura da água através do resfriamento, quanto tempo levará para a temperatura alcançar 50 o C a uma distância de 25   m m da superfície?

Dica: Assuma que a derivada da função e r f c   w em relação ao coeficiente de convecção ( h ) é sempre maior que a derivada da função exp ⁡ w .

Resolução
3.

A massa específica e o calor específico de um material plástico são conhecidos ( ρ =   1100   k g . m - 3 e c p =   950   J . k g - 1 . K - 1 ), mas sua condutividade térmica é desconhecida. Para determinar a condutividade térmica, uma experiência é realizada, na qual uma amostra fina de um material é aquecida a uma temperatura uniforme de 100 o C e então resfriada pela passagem de ar a 25 o C sobre uma superfície. Um termopar fixado a uma distância de x m = 10   m m abaixo da superfície registra a resposta térmica do plástico durante o resfriamento.

Se o coeficiente de convecção associado com a corrente de ar é h = 200   W . m - 2 . K - 1 e a temperatura 60 o C é registrada 5   m i n após iniciar o resfriamento, qual é a condutividade térmica do material?

Resolução
4.

Um ferro para soltar cerâmica consiste em uma placa maciça mantida a 150 o C por um aquecedor elétrico incorporado. O ferro é colocado em contato com uma cerâmica para promover o amolecimento do adesivo, permitindo que a cerâmica seja levantada facilmente da base na qual ela se encontra fixada. O adesivo irá amolecer suficientemente se aquecido acima de 50 o C por um tempo mínimo de 2   m i n , mas sua temperatura não deve exceder 120 o C para evitar deterioração do adesivo.

Considere a cerâmica e a base de fixação com temperatura inicial de 25 o C e propriedades termofísicas equivalentes a: k = 0,156   W . m - 1 . K - 1 e ρ . c p = 1,5   x   10 6   J . m - 3 . K - 1 .

a Quanto tempo levará um trabalhador usando tal dispositivo para suspender a cerâmica?

b A temperatura do adesivo irá exceder 120 o C ?

c Se o dispositivo tem área superficial quadrada de 254   m m de lado, qual a quantidade de energia é removida do mesmo durante o tempo que leva para suspender a cerâmica?

Resolução
5.

Um bloco espesso de madeira ( k = 1,26   W . m - 1 . K - 1 e α = 1,10 . 10 - 5   m 2 . s - 1 ) pintado de preto a 20 o C é submetido a um fluxo de calor solar constante de 1250   W . m - 2 .

a Determine a temperatura da superfície exposta do bloco após 20   m i n .

b Qual seria a sua resposta se o bloco fosse feito de alumínio?

Dados referentes ao alumínio: k = 237   W . m - 1 . K - 1 e α = 9,71 . 10 - 5   m 2 . s - 1 .

Resolução
6.

Padrões para paredes contrafogo podem ser baseados em suas respostas térmicas a um fluxo térmico radiante especificado. Seja uma parede de concreto com 0,25   m de espessura ( ρ =   2300   k g . m - 3 , c p =   880   J . k g - 1 . K - 1 e k = 1,4   W . m - 1 . K - 1 ), que se encontra a uma temperatura inicial de T i = 25 o C e é irradiada em uma superfície por lâmpadas que fornecem um fluxo térmico uniforme de q s ' ' = 10 4   W . m - 2 . A absortividade da superfície em relação à radiação é α s = 1,0 . Se as exigências de construção ditam que as temperaturas nas superfícies irradiada e não-irradiada, após 30   m i n de aquecimento, não podem exceder 325 o C e 25 o C , respectivamente, as exigências serão atendidas?

Resolução

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