1.

Um iglu é construído na forma de um hemisfério, com raio interno de 1,8   m e paredes de neve compacta com uma espessura de 0,5   m .

No interior do iglu, o coeficiente de transferência de calor nas superfícies é de 6   W / ( m 2 . K ) ; no lado de fora sob condições de ventos normais, ele é de 15   W / ( m 2 . K ) . A condutividade térmica da neve compacta é de 0,15   W / ( m . K ) .

A temperatura da camada de gelo sobre a qual o iglu se encontra é de - 20 ° C e a sua condutividade térmica é a mesma da neve compactada.

Considerando que os corpos ocupantes do iglu forneçam uma fonte contínua de calor de 320   W no interior do iglu, calcule a temperatura do ar no seu interior quando a temperatura do ar externo é de T ∞ = - 40 ° C . Certifique-se de levar em consideração as perdas de calor pelo chão do iglu.

Resolução
2.

Um furo de diâmetro D = 0,25   m é perfurado através do centro de um bloco sólido de seção transversal quadrada com w = 1   m de lado. O furo atravessa o comprimento do bloco, que é de l = 2   m .

O bloco tem condutividade térmica k = 150   W / ( m . K ) . As superfícies externas estão expostas ao ar ambiente, com T ∞ , 2 = 25 ° C e h 2 = 4   W / ( m 2 . K ) , enquanto óleo quente escoa através do furo podendo ser caracterizado por T ∞ , 1 = 300 ° C e h 1 = 50   W / ( m 2 . K ) .

Determine a taxa de transferência de calor e as temperaturas superficiais correspondentes.

Resolução
3.

Um fluido quente escoa através de canais circulares em uma peça de ferro fundido A com espessura L A = 30   m m , que apresenta um contato deficiente com as placas de cobertura B , que têm espessura L B = 7,5   m m .

Os canais possuem diâmetro D = 15   m m e o espaçamento entre as linhas de centro de canais adjacentes é L 0 = 60   m m . As condutividades térmicas dos materiais são k A = 20   W / ( m . K ) e k B = 75   W / ( m . K ) , enquanto a resistência de contato entre os dois materiais é de R t , c ' ' = 2,0 × 10 - 4   m 2 K / W .

O fluido quente está a T i = 150 ° C e o coeficiente de transferência de calor por convecção é de 1000   W / ( m 2 . K ) . O fator de forma entre um canal e a superfície superior, e a inferior, da peça é 4,25 .

a Determine a taxa de transferência de calor a partir de um único canal, por unidade de comprimento da peça na direção normal à página, q i ' .

b Determine a temperatura da superfície externa da placa de cobertura, T s .

Resolução
4.

(Adaptado) Um componente eletrônico na forma de um disco com 20   m m de diâmetro dissipa 100   W quanto montado sobre um grande bloco de uma liga de alumínio (2024), cuja temperatura é mantida a 27 ° C .

A configuração de montagem é tal que há uma resistência de contato de R t , c ' ' = 5 × 10 - 5   m 2 . K / W na interface entre o componente eletrônico e o bloco.

Calcule a temperatura que o componente atingirá, supondo que toda a potência gerada pelo componente deva ser transferida por condução para o bloco.

Resolução
5.

Água quente é transportada de uma estação de cogeração de potência para usuário comerciais e industriais através de tubos de aço com diâmetro D = 150   m m . Cada tubo encontra-se no centro de um bloco de concreto ( k = 1,4   W / ( m . K ) ) de seção transversal quadrada w = 300   m m .

As superfícies externas do concreto estão expostas ao ar ambiente, no qual T ∞ = 0 ° e h = 25   W / ( m 2 . K ) .

a Sendo a temperatura de entrada da água escoando através do tubo igual a T e = 90 ° C , qual é a perda de calor por unidade de comprimento do tubo na proximidade da entrada? A temperatura do tubo T 1 pode ser considerada para ser igual à da entrada da água.

b Se diferença entre as temperaturas de entrada e de saída da água escoando através de um tubo com 100   m de comprimento não puder exceder os 5 ° C , estime a vazão mássica mínima permitida m ˙ . Um valor de c = 4207   J / ( k g . K ) pode ser usado para o calor específico da água.

Resolução

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