Problemas. Os problemas para este capítulo estão organizados por assunto, como segue.

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1 50 Capítulo 1 Modos Básicos de Transferência de Calor Problemas Os problemas para este capítulo estão organizados por assunto, como segue. 1.1 A superfície externa de uma parede de concreto com 0,2 m de espessura é mantida a uma temperatura de -5 C, enquanto a superfície interna é mantida a 20 C. A condutividade térmica do concreto é 1,2 W/m K. Determine a perda de calor através de uma parede de 10 m de comprimento por 3 m de altura. O peso do isolamento de uma nave espacial pode ser mais importante que o espaço necessário. Demonstre analiticamente que o isolamento mais leve para uma parede plana, com uma resistência térmica especificada, é aquele que apresenta o menor valor para o produto da densidade vezes a condutividade térmica. Umaparede de fomo deve ser construída com tijolos que têm dimensões-padrão de 9 x 4,5 x 3 polegadas. Dois tipos de materiais estão disponíveis. Um suporta temperatura máxima de utilização de 1900 F e apresenta condutividade térmica de 1 BTU/h ft F; o outro suporta um limite máximo de temperatura de 1600 F e apresenta uma condutividade térmica de 0,5 BTU/h ft F. Os tijolos apresentam o mesmo custo e podem ser assentados de qualquer modo, porém queremos projetar a parede mais econômica para um forno com uma temperatura de 1900 F no lado aquecido e 400 F no lado frio. Se a quantidade máxima permitida de transferência de calor for 300 BTU/h para cada pé quadrado de área, determine o arranjo mais econômico utilizando os tijolos disponíveis. 1.4 Para medir a condutividade térmica, são colocadas duas amostras similares com 1 cm de espessura na montagem mostrada no desenho a seguir. É fornecida uma corrente elétrica para um aquecedor de proteção de 6 cm x 6 cm e um wattímetro indica dissipação de potência de 10 watts (W). Termopares instalados nas superfícies aquecidas e frias indicam temperaturas de 322 e 300 K respectivamente. Calcule a condutividade térmica do material à temperatura média, em BTU/h ft F e W/m K. Amostras similares A -5 C 20 C Wattímetro 1.5 Para determinar a condutividade térmica de i material estrutural, uma grande laje do material ( 6 polegadas de espessura foi exposta a um fluxo de calor uniforme de 800 BTU/h ft, enquanto tenm»- pares embutidos na parede, em intervalos de 2 polegadas, forneceram as leituras durante um pemod* de tempo. Após o sistema ter atingido o equilíbdo. um operador registrou as seguintes leituras dos *cfmopares para duas condições ambientais diferenkk

2 Problemas 51 A partir ücsscs dados, determine uma expressão aproximada para acondutividade térmica como função da temperatura, entre 100 "Fe 400 F. 1.6 Uma pastilha de silício com dimensões de 7 mm por 7 mm e 0,5 mm de espessura está montada em um substrato plástico, como mostrado no desenho a seguir. A superfície superior da pastilha é resfriada por meio de um líquido sintético fluindo sobre ela. Circuitos eletrônicos na parte inferior da pastilha geram calor a uma taxa de 5 watts, que deve ser transferido através da pastilha. Calcule a diferença entre as temperaturas das superfícies frontal e posterior da pastilha no estado estacionado. A condutividade térmica do silício é 150 W/m K. Líquido sintético 1.7 Um depósito foi projetado para armazenar gêneros alimentícios perecíveis resinados antes do transporte para as mercearias. O depósito tem uma área de superfície efetiva de ff exposta à temperatura do ar ambiente de 90 F. O isolamento das paredes do depósito (& = 0,1 BTU/h ft F) tem uma espessura de 3 polegadas. Determine a taxa pela qual o calor deve ser removido (BTU/h) do depósito para manter os alimentos à temperatura de 40 F. 1.8 Com a crescente ênfase sobre a conservação de energia, a perda de calor nos edifícios se tornou uma preocupação importante. As áreas e os fatores-/? (área x resistência térmica) das superfícies externas para uma pequena casa de condomínio estão relacionados abaixo: 1.9 O calor é transferido a uma taxa de 0,1 kw através de um isolamento de lã de vidro (densidade = 100 kg/nv) com 5 cm de espessura e 2 m- de área. Se a superfície aquecida estiver a 70 C, determine a temperatura da superfície fria Um medidor de fluxo de calor na parede externa (fria) de um edifício de concreto indica que a perda de calor através da parede, com espessura de 10 cm, é de 20 W/m'. Se um termopar na superfície interna da parede indicar uma temperatura de 22 C, enquanto outro na superfície externa indicar 6 C, calcule a condutividade térmica do concreto e compare seu resultado com o valor no Apêndice 2, Tabela Calcule a perda de calor através de uma janela de vidro de 1 m por 3 m, com uma espessura de 7 mm, caso a temperatura da superfície interna seja 20 C e a da superfície externa 17 C. Comente os possíveis efeitos da radiação em sua resposta Se a temperatura do ar externo no Problema 1.11 for -2 C, calcule o coeficiente de transferência de calor por convecção entre a superfície externa da janela e o ar, supondo que a radiação seja desprezível Utilizando a Tabela 1.4 como guia, prepare uma tabela similar mostrando as ordens de magnitude das resistências térmicas de uma área unitária para a convecção entre uma superfície e vários fluidos Um termopar (fio com diâmetro de 0,8 mm), utilizado para medir a temperatura do gás estacionado em um forno, indica uma leitura de 165 C. Sabese, entretanto, que a taxa de fluxo de calor radiante por metro linear das paredes do fomo aquecido para o fio do termopar é 1,1 W/m e o coeficiente de transferência de calor por convecção entre o fio e o gás é 6,8 W/m' K. Com essas informações, calcule a temperatura real do gás. Anote suas suposições e indique as equações utilizadas. Elemento Área (m') Fatorcs-J( (m'k/w) Paredes 150 2,0 ' Forro 120 2,8 Piso 120 2,0 Janelas 20 0,1 Portas 5 0,5 (a) Calcule a taxa de perda de calor da casa quando a temperatura interna for 22 C e a externa -5 C. (b) Surgira formas e meios para reduzir a perda de calor e demonstre quantitativamente o efeito da duplicação da espessura do isolamento das paredes e da substituição das janelas de vidraça simples na tabela anterior por janelas de vidraça dupla (resistência térmica = 0,2 nf K/W).

3 52 Capítulo 1 Modos Básicos de Transferência de Calor 1.15 A água a uma temperatura de 77 C deve ser evaporada lentamente de uma vasilha. Ela está em um recipiente de baixa pressão, envolvido por vapor, como mostrado no desenho a seguir. O vapor está condensando a 107 C. O coeficiente total de transferência de calor entre a água e o vapor é 1100 W/nf K. Calcule a área necessária da superfície do recipiente para evaporar a água a uma taxa de 0,01 kg/s. Vapor de água 1.16 A taxa de transferência de calor do ar aquecido a 100 C fluindo sobre um lado de uma placa plana, medindo 0,1 m por 0,5 m, deve ser 125 W quando a superfície da placa for mantida a 30 C. Qual é o coeficiente médio de transferência de calor por convecção entre a placa e o ar? 1.17 O coeficiente de transferência de calor para um gás fluindo sobre uma placa fina medindo 3 m de comprimento por 0,3 m de largura varia com a distância a partir da borda dianteira, de acordo com Se a temperatura da placa for 170 "Ce a temperatura do gás for 30 C, calcule (a) o coeficiente médio de transferência de calor, (b) a taxa de transferência de calor entre a placa e o gás e (c) o fluxo de calor local a 2 m da borda dianteira Um fluido criogênico é armazenado em um recipiente esférico com 0,3 m de diâmetro envolvido por ar parado. Se o coeficiente de transferência de calor por convecção entre a superfície externa do recipiente e o ar for 6,8 W/m- K, a temperatura do ar for 27 "Ce a temperatura da superfície da esfera for -183 C, determine a taxa de transferência de calor por convecção. W Um computador de alta velocidade está instalado em uma sala com temperatura controlada a 26 C. Quando a máquina está em operação, a taxa de geração de calor interno é estimada em 800 W. A temperatura da superfície externa do computador deve ser mantida abaixo de 85 C. O coeficiente de transferência de calor para a superfície do computador é estimado em 10 W/nf K. Qual seria a área de superfície necessária para garantir uma operação segura dessa máquina? Faça comentários sobre as formas de reduzir essa área Para evitar o enregelamento dos esquiadores nas cadeiras de teleféricos, o relatório do tempo na maior parte das áreas de esqui fornece a temperatura do are a temperatura de sensação térmica causada pelo vento. A temperatura do ar é medida com um termômetro que não é afetado pelo vento. Entretanto, a taxa de perda de calor do esquiador aumenta com a velocidade do vento, e a temperatura de sensação térmica é a temperatura que resultaria na mesma taxa de perda de calor no ar parado que a ocorrida à temperatura do ar medida com o vento existente. Suponha que a temperatura interna de uma camada de pele com 3 mm de espessura, com uma condutividade térmica de 0,35 W/m K, seja 35 C e a temperatura do ar seja - 20 C. Sob condições ambientais calmas, o coeficiente de transferência de calor na superfície externa da pele é aproximadamente 20 W/m' K (veja a Tabela 1.4); porém, com um vento de 40 milhas por hora, ele aumenta para 75 W/m' K. (a) Se existe a possibilidade de enregelamento quando a temperatura da pele cair para cerca de 10 C, você aconselharia o esquiador a utilizar uma máscara facial? (b) Qual é a queda de temperatura da pele devida ao vento? Utilizando as informações do Problema 1.20, calcule a temperatura do ar ambiente que poderia causar enregelamento em um dia calmo nas rampas de esqui Duas grandes placas paralelas, com condições de superfície próximas daquelas de um corpo negro, são mantidas a 1500 F e 500 F respectivamente. Determine a taxa de transferência de calor por radiação entre as placas em BTU/h ft' e o coeficiente de transferência de calor por radiação em BTU/h A' Fe W/m'K Um recipiente esférico com 0,3 m de diâmetro está colocado em uma grande sala, cujas paredes estão a 27 C (veja o desenho). Se ele for utilizado para armazenar oxigênio líquido a -183 C e, tanto a superfície do recipiente de armazenamento como as paredes da sala forem negras, calcule a taxa de transferência de calor por radiação para o oxigênio líquido em watts e BTU/h.

4 Problemas 53 Recipiente com oxigênio Vapor de água C 1.24 Repita o Problema 1.23, porém suponha que a superfície do recipiente de armazenamento apresente um coeficiente de absortância (igual à emitância) de 0,1. A seguir, determine a taxa de evaporação do oxigênio líquido em quilogramas por segundo e libras por hora, supondo que a convecção possa ser desprezada. O calor de vaporização do oxigênio a -183 C 6 213,3 kj/kg Determine a taxa de emissão de calor radiante em watts por metro quadrado a partir de um corpo negro a (a) 150 C, (b) 600 C, (c) 5700 C O sol tem um raio de 7 x 1(7 m e apresenta aproximadamente as características de um corpo negro, com uma temperatura superficial de 5800 K. Calcule a taxa total de radiação a partir do sol e o fluxo de radiação emitida por metro quadrado de área da superfície Uma pequena esfera cinza, apresentando um coeficiente de emissividade de 0,5 e uma temperatura superficial de 1000 F, está localizada em um envoltório de corpo negro com uma temperatura de 100 F. Para esse sistema, calcule (a) a taxa líquida de transferência de calor por radiação por unidade de área da superfície da esfera, (b) a condutância térmica radiativa em BTU/h F, se a área da superfície da esfera for 0,1 ft', (c) a resistência térmica para radiação entre a esfera e a área ao seu redor, (d) a razão entre a resistência térmica para radiação e a resistência térmica para convecção, se o coeficiente de transferência de calor por convecção entre a esfera e a área ao seu redor for 2,0 BTU/h ff F, (e) a taxa total de transferência de calor da esfera para a área ao seu redor e(f)o coeficiente combinado de transferência de calor para a esfera Um satélite de comunicações esférico, com 2 m de diâmetro, é colocado em órbita da Terra. Ele gera 1000 W de potência interna a partir de um pequeno gerador nuclear. Se a superfície do satélite apresentar uma emitância de 0,3 e estiver protegida da radiação solar pela sombra da Terra, calcule sua temperatura superficial Um fio longo com 0,03 polegadas de diâmetro, com uma emissividade de 0,9, é colocado em um grande espaço com ar estacionado a 20 F. Se o fio estiver a 1000 F, calcule a taxa líquida de perda de calor. Discuta suas suposições Normalmente recomenda-se a utilização de várias camadas de roupa em climas frios, pois os espaços de ar entre as camadas mantêm o corpo aquecido. A explicação para esse fato é que a perda de calor do corpo é menor. Compare a taxa de perda de calor de uma única camada de lã com 3/4 de polegada (& = 0,020 BTU/h ft F) de espessura com a de três camadas de 1/4 de polegada, separadas por lacunas de ar de 1/16 de polegada. A condutividade térmica do ar é de 0,014 BTU/h ft F Uma seção de uma parede composta, com as dimensões mostradas a seguir, apresenta temperaturas uniformes de 200 C e 50 C respectivamente sobre as superfícies esquerda e direita. Se as condutividades térmicas dos materiais da parede forem: &j = 70 W/m K, kg = 60 W/m K, ^ = 40 W/m Ke*o = 20 W/m K, determine a taxa de transferência de calor através desta seção da parede e as temperaturas nas interfaces RepitaoProblema 1.31,incluihdoumaresistência de contato de 0,1 K/W em cada uma das interfaces Repita o Problema 1.32, porém suponha que, ao invés das temperaturas superficiais, sejam fornecidas as temperaturas do ar nos lados esquerdo e direito da parede e que os coeficientes de transferência de calor por convecção nas superfícies esquerda e direita sejam respectivamente 6 e 10 W/m' K.

5 Capitulo 1 Modos Básicos de Transferência de Calor 1.34 Pregos de aço de baixo carbono foram inseridos através de uma parede de madeira sólida, consistindo de duas camadas com 2,5 cm espessura cada, para fins de reforço. Se a área total da seção transversal dos pregos for 0,5% da área da parede, determine a condutância térmica unitária da parede composta e o percentual do fluxo total de calor que passa através dos pregos quando a diferença de temperatura através da parede for 25 C. Despreze a resistência de contato entre as camadas de madeira Calcule a taxa de transferência de calor através da parede composta no Problema 1.34 se a diferença de temperatura for 25 "Ce a resistência de contato entre as chapas de madeira for 0,005 m' K/W Calor é transferido através de uma parede plana, a partir do interior de uma sala a 22 C, para o ar externo a -2 C. Os coeficientes de transferência de calor por convecção nas superfícies interna e externa são respectivamente 12 e 28 W/m' K. A resistência térmica de uma área unitária da parede é 0,5 m- K/W. Determine a temperatura na superfície externa da parede e a taxa do fluxo de calor por unidade de área através da mesma Qual é a espessura do isolamento de fibra de vidro (& = 0,035 W/m K) necessária para garantir que a temperatura externa de um forno de cozinha não exceda 43 C? A temperatura máxima a ser mantida no fomo por meio de controle termostático de tipo convencional é de 290 C, a temperatura da cozinha pode variar de 15 C a 33 C e o coeficiente médio de transferência de calor entre a superfície do fomo e a cozinha é 12 W/m' K Um submarino deve ser projetado para oferecer temperatura confortável mínima de 70 F para a tripulação. O submarino pode ser idealizado como um cilindro com 30 ft de diâmetro e 200 ft de comprimento, como mostrado. O coeficiente combinado de transferência de calor no seu interior é aproximadamente 2,5 BTU/h ft' F, enquanto na parte externa o coeficiente de transferência de calor é estimado com uma variação de 10 BTU/h ft' F (parado) a 150 BTU/h ft' F (em velocidade máxima). Para as construções de parede a seguir, determine a capacidade mínima (em quilowatts) da unidade de aquecimento necessária caso a temperatura da água do mar varie de 34 F a 55 F durante a operação. As paredes do submarino são construídas de (a) alumínio de 1/2 polegada, (b) aço inoxidável de 3/4 de polegada com uma camada interna de isolamento em fibra de vidro (fiberglass) com 1 polegada de espessura e (c) um "sanduíche" com uma camada de aço inoxidável com 3/4 de polegada de espessura, uma camada de isolamento em fibra de vidro com 1 polegada de espessura e uma camada de alumínio com 1/4 de polegada de espessura na parte interna. A quais conclusões você pode chegar? fibra de vidro 1.38 A parede de um trocador de calor consiste de uma placa de cobre com 3/8 de polegada de espessura. Os coeficientes de transferência de calor nos dois lados da placa são 480 e 1250 BTU/h ft' F, correspondentes às temperaturas de fluido de 200 F e 90 F respectivamente. Supondo que a condutividade térmica da parede seja 220 BTU/h ft F, (a) calcule as temperaturas superficiais em F e (b) calcule o fluxo de calor em BTU h ft' Um aquecedor solar simples consiste de uma placa plana de vidro colocada em uma panela rasa preenchida com água, de forma que a água esteja em contato com a placa de vidro sobre ela. A radiação solar passa através do vidro a uma taxa de 156 BTU/h ft'. A água está a uma temperatura de 200 "Fe o ar ao seu redor está a 80 F. Se os coeficientes de transferência de calor entre a água e o vidro e entre o vidro e o ar forem respectivamente 5 BTU/h ft' "Fe 1,2 BTU/h ft' F, determine o tempo necessário para transferir 100 BTUs por pé quadrado de superfície para a água na panela. A superfície inferior da panela pode ser considerada isolada.

6 Problemas 55 Água 1.41 Uma parede composta de refrigerador consiste de uma placa de cortiça com 2 polegadas de espessura intercalada entre uma camada de madeira de carvalho com 1/2 polegada de espessura e um revestimento de alumínio com 1/32 de polegada de espessura na superfície interna. Os coeficientes médios de transferência de calor por convecção nas paredes interna e externa são respectivamente 2e 1,5 BTU/h ft' F. (a) Desenhe o circuito térmico, (b) Calcule as resistências individuais dos componentes da parede composta e as resistências nas superfícies, (c) Calcule o coeficiente total de transferência de calor através da parede, (d) Para uma temperatura do ar de 30 F dentro do refrigerador e 90 F fora, calcule a taxa de transferência de calor por área unitária através da parede Um dispositivo eletrônico, que internamente gera 600 mw de calor, permite a operação a uma temperatura máxima de 70 C. Ele deve ser resfriado pelo ar a 25 C através da montagem de aletas de alumínio, apresentando uma área superficial total de 12 cm'. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre as aletas e o ar é 20 W/m' K. Calcule a temperatura de operação quando as aletas forem montadas de uma forma tal que (a) exista uma resistência de contato aproximada de 50 K/W entre a superfície do dispositivo e o arranjo de aletas e (b) não exista resistência de contato (caso em que a construção do dispositivo terá um custo maior). Comente as opções de projeto. Isolamento 1.43 Para reduzir as necessidades de aquecimento residencial, os atuais códigos de obras em muitas partes dos Estados Unidos exigem a utilização de janelas com vidraças ou lâminas duplas, isto é, janelas com duas camadas de vidro. Algumas delas, denominadas janelas com vidraças térmicas, oferecem um espaço entre as duas camadas de vidro com aplicação de vácuo, enquanto outras mantêm o ar aprisionado nesse mesmo espaço, (a) Considere uma janela de vidraça dupla com as dimensões mostradas no desenho a seguir. Se a janela tiver ar aprisionado entre as duas vidraças e os coeficientes de transferência de calor por convecção nas superfícies interna e externa forem respectivamente 4 W/m' K e 15 W/m' K, calcule o coeficiente total de transferência de calor para o sistema, (b) Se a temperatura do ar interno for 22 "Cedo ar externo for - 5 C, compare a perda de calor através de uma janela de vidraça dupla de 4 m' com a de outra vidraça simples. Comente o efeito da moldura da janela sobre o resultado, (c) Se a área total das janelas de uma casa equipada com aquecedores de resistência elétrica, a um custo de $0,1 O/kWh, for 80 m', qual será o custo adicional justificável para as janelas de vidraça dupla se a diferença média das temperaturas durante os seis meses de trio, quando há necessidade de aquecimento, for aproximadamente 15 C? = -5 C 1.44 Um telhado plano pode ser modelado como uma placa plana, isolada na parte inferior e exposta à luz solar. Se o calor radiante recebido pelo telhado a partir do sol for 600 W/m', o coeficiente de transferência de calor por convecção entre o telhado e o ar for 12 W/m' K e a temperatura do ar for 27 C, determine a temperatura do telhado para os dois casos a seguir: (a) A perda de calor por radiação para o espaço é desprezível, (b) O telhado é negro (f = 1,0) e irradia para o espaço, que é considerado um corpo negro a 0 K.

7 56 Capitulo 1 Modos Básicos de Transferência de Calor Telhado plano 1.45 Uma placa plana horizontal de cobre, com 3 mm de espessura, 1 m de comprimento e 0,5 m de largura, está exposta à radiação solar no ar a 27 C. Se a taxa total de radiação solar absorvida for de 300 W e os coeficientes combinados de transferência de calor por radiação e convecção nas superfícies superior e inferior forem respectivamente 20 e 15 W/m' K, determine a temperatura de equilíbrio da placa Um pequeno forno, com uma área superficial de 3 ft', está localizado em uma sala na qual as paredes e o ar estão a uma temperatura de 80 F. A superfície externa do forno está a 300 "Fe a transferência líquida de calor por radiação entre a superfície do forno e a área ao seu redor é de BTU/h. Se o coeficiente médio de transferência de calor por convecção entre o fomo e o ar ao seu redor for 2,0 BTU/h ft' F, calcule (a) a transferência líquida de calor entre o forno e a área ao seu redor em BTU/h, (b) a resistência térmica na superfície, respectivamente para radiação e convecção, em h F/BTU e (c) o coeficiente combinado de transferência de calor em BTU/h ft' F Uma tubulação de vapor, com 200 mm de diâmetro, passa através de uma grande sala em um porão. A temperatura da parede da tubulação é de 500 C, enquanto o ar ambiente na sala está a 20 C. Determine a taxa de transferência de calor, por convecção e radiação, por comprimento unitário da tubulação de vapor, caso a emissividade da superfície da tubulação seja 0,8 e o coeficiente de transferência de calor por convecção natural tenha sido determinado em 10 W/m' K A parede interna da câmara de combustão de um motor de foguete recebe BTU/h ft' através de radiação, a partir de um gás a F. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre o gás e a parede é 20 BTU/h ft' F. Se a parede estiver a uma temperatura de F, determine (a) a resistência térmica total de uma área unitária da parede em h ft' F/BTU e (b) o fluxo de calor. Desenhe também o circuito térmico. Motor do foguete 1.49 Um telhado plano de uma casa absorve um fluxo de radiação solar de 600 W/m'. O lado posterior do telhado está bem isolado, enquanto o lado externo perde calor para o ar ambiente a 20 C por radiação e convecção. Se a emitância do telhado for 0,80 e o coeficiente de transferência de calor por convecção entre o telhado e o ar for 12 W/m' K, calcule (a) a temperatura superficial de equilíbrio do telhado e (b) a razão entre a perda de calor por convecção e radiação. Uma dessas perdas pode ser desprezada? Explique sua resposta Determine a necessidade de potência elétrica de um ferro de solda, no qual a ponta é mantida a 400 C. Ela é um cilindro com 3 mm de diâmetro e 10 mm de comprimento. A temperatura do ar ao seu redor é de 20 C e o coeficiente médio de transferência de calor por convecção sobre a ponta é 20 W/m' K. Inicialmente ela recebe um alto polimento, o que oferece uma emitância muito baixa.

8 Problemas A ponta do ferro de solda do Problema 1.50 oxidase com o tempo e sua emitância de corpo cinzento aumenta para 0,8. Supondo que a área ao seu redor esteja a 20 C, determine a necessidade de potência elétrica para o ferro de solda Alguns fabricantes de automóveis estão trabalhando atualmente em um bloco cerâmico de motor que poderia operar sem sistema de arrefecimento. Idealize o motor como um sólido retangular de 45 cm por 30 cm por 30 cm. Suponha que, sob máxima produção de potência, o motor consuma 5,7 litros de combustível por hora, o calor liberado pelo combustível seja de 9,29 kwh por litro e a eficiência líquida do motor (produção de trabalho útil dividida pela entrada total de calor) seja 0,33. Se o bloco do motor for fabricado de alumina, com uma emissividade de corpo cinzento de 0,9, o compartimento do motor operar a 150 "Ce o coeficiente de transferência de calor por convecção for 30 W/m' K, determine a temperatura superficial média do bloco. Comente sobre a utilidade prática do conceito Uma tubulação que transporta vapor superaquecido em um porão a 10 C, tem uma temperatura superficial de 150 C. A perda de calor da tubulação ocorre por radiação (e = 0,6) e convecção natural (A,, = 25 W/m' K). Determine a porcentagem de perda de calor total através dos dois mecanismos Para uma parede de fomo, desenhe o circuito térmico, determine a taxa de fluxo de calor por área unitária e calcule a temperatura superficial externa sob as seguintes condições: o coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície interna é 15 W/m' K; a taxa de fluxo de calor por radiação a partir dos gases e partículas de fuligem aquecidos a C para a superfície da parede interna é de W/m'; a condutância térmica unitária da parede (a temperatura da superfície interna é aproximadamente 850 C) é 250 W/m' K; existe convecção a partir da superfície externa Desenhe o circuito térmico para transferência de calor através de uma janela de vidraça dupla. Identifique cada elemento do circuito. Inclua a radiação solar para a janela e o espaço interno O forro de uma casa de condomínio é construído com vigas de madeira com isolamento de fibra de vidro entre elas. Na parte interna do forro, existe gesso e na externa uma fina camada de metal laminado. Um corte transversal do forro com as dimensões é mostrado a seguir. (a) O fator-/? descreve a resistência térmica do isolamento e é definido por fator-tr- = L/t^ = A7%/A) Calcule o fator-/? para esse tipo de forro e compare o valor obtido com o de uma espessura similar de fibra de vidro. Por que os dois são diferentes? (b) Calcule a taxa de transferência de calor por metro quadrado através do forro se a temperatura interna for 22 "Ce a externa for - 5 C Um proprietário de casa deseja substituir um aquecedor elétrico de água. Há dois modelos na loja. O modelo barato custa 280 dólares e não tem isolamento entre as paredes internas e externas. Em razão da convecção natural, o espaço entre as paredes apresenta uma condutividade efetiva três vezes maior que a do ar. O modelo mais caro custa 310 dólares e oferece isolamento de fibra de vidro no espaço entre as paredes. Os dois modelos têm 3,0 m de altura e um formato cilíndrico, com um diâmetro da parede interna de 0,60 m e um espaçamento de 5 cm. O ar ao redor está a 25 "Ce o coeficiente de transferência de calor por convecção na parte externa é 15 W/m' K. A água aquecida dentro do tanque resulta em temperatura de 60 C na parede interna. ' Diâmetro interno do tanque = 0,60 m Isolamento 3,0 m Se a energia elétrica tem um custo de 6 centavos por quilowatt-hora, calcule o tempo de retomo do investimento adicional no aquecedor de água mais caro. Anote seus pressupostos O oxigênio líquido (LOX) para o ônibus espacial pode ser armazenado a 90 K antes do lançamento em um recipiente esférico com 4 m de diâmetro. Para reduzir a perda de oxigênio, a esfera é isolada com um superisolamento desenvolvido na Divisão de Criogenia do National Institute of Standards and Technology dos EUA; ele apresenta uma