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Termodinâmica  Aplicada  PROF.  BENFICA  

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LISTA  3  

1) Calcule a taxa de transferência de calor através de uma placa de madeira de 1,5 cm de espessura, com k = 0,16 W/m.K, com uma diferença de temperatura entre os dois lados de 20ºC. 2) Uma panela de aço com condutibilidade térmica igual a 50W/m.K e espessura de 5 mm na parede do fundo, contém água líquida a 15ºC. O diâmetro da panela é 0,2 m. A panela é colocada sobre uma resistência elétrica que transfere 250 W de calor. Admitindo que a temperatura da superfície interna da panela seja uniforme e igual a 15ºC, determine a temperatura da superfície inferior externa da panela. 3) Radiação solar incide num piso de asfalto que apresenta espessura e área superficial iguais a 5,0 cm e 150 m2. A temperatura superficial média do piso é igual a 45ºC. O piso está assentado sobre uma camada de pedriscos compactados que apresenta temperatura uniforme e igual a 15ºC. Sabendo que a condutibilidade térmica média do asfalto é igual a 0,06 W/m.K, determine a taxa de transferência de calor para a camada de pedriscos. 4) Um aquecedor de água apresenta área superficial igual a 3 m2 e está coberto com uma camada de isolante térmico. As temperaturas interna e externa da camada isolante são respectivamente iguais a 75 e 18ºC, e o material isolante apresenta condutibilidade térmica igual a 0,08 W/m.K. Qual deve ser a espessura da camada de isolante para que a transferência de calor do aquecedor seja igual a 200 W? 5) Uma janela de 2 m2 de área tem uma temperatura de 15ºC na face interior e sobre a face externa sopra vento a 2ºC, com um coeficiente de transferência de calor por convecção h = 125 W/m2.K. Qual é a perda de calor para o exterior? 6) Um automóvel percorre uma estrada num dia em que a temperatura ambiente é – 15ºC. A temperatura externa no para-brisa é mantida a 2ºC devido ao escoamento de ar quente sobre a superfície interna do para-brisa. Admitindo que a área do para-brisa seja 0,5 m2 e que o coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície externa do para-brisa seja 250 W/m2.K, determine a taxa de transferência de calor para o ambiente externo através do para-brisa. Para essa taxa de transferência de calor e um vidro de 5 mm de espessura com k = 1,25 W/mK, qual é a temperatura da superfície interna do para-brisa?

7) Uma bola de aço de 5 kg rola num plano horizontal a 10 m/s. Se a bola inicia a subida de um plano inclinado, que altura será atingida quando a velocidade se anular? 8) Um pistão de 25 kg está sobre um volume de gás num cilindro vertical longo. O pistão é liberado do repouso e acelerado para cima até atingir o final do cilindro a 5 m de altura, com velocidade de 25 m/s. A pressão média durante o processo é 600 kPa e a pressão atmosférica

   

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externa é 100 kPa. Despreze as variações da energia cinética e potencial do gás e determine a variação de volume necessária. 9) Uma casa está sendo projetada para usar uma laje grossa de concreto como material de armazenagem da energia térmica de origem solar. A laje tem 30 cm de espessura e a área exposta ao sol é de 4m x 6m. Espera-se que a massa de concreto eleve sua temperatura em 3ºC durante o período diurno. Quanto de energia para aquecimento estará disponível no período noturno? Dado: C = 0,88 kJ/kg.K. 10) Um quilograma por segundo de dióxido de carbono a 200 kPa e 10ºC escoa numa tubulação de 0,25 m2 de área de seção transversal. Determine a velocidade e a vazão volumétrica. 11) Ar a 35ºC e 105 kPa escoa numa tubulação retangular com dimensões iguais a 100 mm e 150 mm. Sabendo que a vazão volumétrica é igual a 0,015 m3/s, calcule a velocidade média e a vazão mássica desse escoamento. 12) A figura abaixo mostra o esquema de um aquecedor de CO2 que opera em regime permanente. O estado na seção de entrada do aquecedor é 300 K e 300 kPa e o estado na seção de saída é 1500 K e 275 kPa. Desprezando as variações de energia cinética e potencial, determine a transferência de calor necessária, por quilograma de CO2 que escoa no aquecedor.

13) Um motor a combustão interna utiliza glicerina como fluido arrefecedor. A glicerina inicialmente a 60ºC escoa em volta do motor e recebe 19 kW de calor. Determine a vazão mássica mínima de glicerina necessária para que sua temperatura não ultrapasse 95ºC. Dado: Cglic = 2.42 kJ/kg.K. 14) A taxa de transferência de calor dos gases de combustão para um motor a gasolina é 35 kW. Sabendo que a potencia no eixo do motor é 20 HP, determine a eficiência térmica e a taxa de transferência de calor rejeitada no ambiente.

15) Calcule o rendimento térmico de um motor que opera segundo o ciclo de Carnot e entre reservatórios que apresentam temperaturas iguais a 300 e 45ºC. 16) Um motor térmico que opera segundo um ciclo de Carnot tem uma eficiência de 40%. Se a temperatura mais elevada é aumentada de 10%, qual é a nova eficiência, mantendo a temperatura mais baixa inalterada? 17) A figura abaixo mostra o esquema de uma máquina cíclica que é utilizada para transferir calor de um reservatório térmico a alta temperatura para outro a baixa temperatura. Determine se essa máquina é reversível, irreversível ou impossível.

   

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Gabarito:    1) 213 W/m2. 2) 15,8ºC 3) 5400 W. 4) 0,068 m. 5) 3250 W. 6) 19ºC. 7) 5,1 m. 8) 0,018 m3. 9) 41,82 MJ. 10) 1,07 m/s. 11) V = 1,0 m/s; m = 0,0178 kg/s. 12) 1400,5 kJ/kg. 13) 0,224 kg/s. 14) 0,43; 20,1 kW. 15) 0,445. 16) 0,45. 17) Impossível, pois 0,615 > 0,6 (Carnot).