radiação 2015 1

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unilesteMGCENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS

Lista de Exercícios Propostos - 03

Fenômenos de Transporte II

Unidade 03

Princípios de Radiação

Aluno: ________________________________

Segundo Semestre 2015_1

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1. A superfície de uma placa de aço polido com emissividade = 0,07, de 8m² de superfície, é

mantida a uma temperatura de 150°c. O ar, bem como o ambiente que a cerca, se encontra a uma

temperatura de 25°c. Calcular a taxa de transferência de calor trocado por radiação, entre a placa e

o ar.

Ts = 150oC

A = 8 m2

T = 25oC

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2. Um tubo que transporta vapor passa por um ambiente cuja temperatura média é de 24°c. O

diâmetro externo do tubo é 70mm e a temperatura de sua superfície alcança 200°c. Se a

emissividade da superfície externa do tubo é = 0,8, determine a transferência de calor por

radiação do tubo para o ambiente.

TS = 200oC

D = 70mm

L

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3. Se o coeficiente de convecção natural do exercício anterior for h = 10 W/m².K, calcular a perda de

calor por convecção por metro linear de tubo.

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4. Em uma central nuclear, a água de refrigeração passa por uma tubulação que contém, no seu

interior, o tubo onde se encontra o combustível nuclear. Se a parede do cilindro interno, que tem

uma emissividade de 0,19, se encontra a uma temperatura de 500 K, e a parede interna do cilindro

externo, que tem uma emissividade de 0,24, se encontra a uma temperatura de 350 K, qual a

transferência de calor por radiação, por metro de comprimento de tubo? O tubo interno têm um

diâmetro de 7cm, e o externo, 12cm. Desconsidere a presença da água passando entre os tubos.

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5. Considere o tubo conforme mostra figura abaixo. O tubo é revestido com uma película de papel

alumínio, cuja emissividade é de 0,04.

Dados: Ts = 200 °C = 473 K T = 24 C = 297 K

= 0,04 As = 0,22 m²

TS = 200oC

D = 70mm

L

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6. Um tubo longo com 10cm de diâmetro externo conduz vapor d'água. O tubo encontra-se em uma

casa de máquinas, onde a temperatura ambiente é 25°C. Em condições de regime estacionário a

temperatura da parede externa do tubo é de 120°C. Calcule a taxa de transferência de calor total

do tubo para o ambiente. O comprimento total de tubo que percorre a casa de máquinas é de 6m.

A emissividade do tubo é 0,7 e o coeficiente de transferência de calor por convecção para essa

situação é de 8,5 W/m².K.

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7. Um corpo cuja superfície externa tem área 0,5m², emissividade 0,8 e temperatura 150°C é

colocado em uma câmara evacuada, muito maior que o corpo. As paredes da câmara evacuada são

mantidas a 25°C.

a) Qual a taxa de emissão de radiação do corpo?

b) Qual a taxa de troca líquida de radiação entre o corpo e as paredes da câmara?

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8. Um objeto esférico de diâmetro 10mm e emissividade 0,9 é mantido a 80°C em um forno a vácuo,

cujas paredes são mantidas a 400°C. De quanto é a taxa de transferência de calor por radiação das

paredes do forno para o objeto?

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9. Um"chip" de computador quadrado, de lado igual a 5mm, isotérmico, é montado em um substrato

de modo que as suas superfícies laterais e traseira estejam perfeitamente isoladas, enquanto a

superfície frontal está exposta ao ar, à temperatura 15°C e coeficiente de convecção de

200 W/m².°C. Devido a critérios de confiabilidade, a temperatura da superfície do chip não pode

exceder 85°C.

a) calcule a taxa de transferência de calor liberada pelo chip, considerando apenas a

convecção;

b) calcule o acréscimo percentual na taxa de transferência de calor, levando-se em conta

também a taxa de transferência de calor liberada pelo chip por radiação. Considere que todo o

meio circundante esteja a 15°C. A superfície do chip tem emissividade 0,9.

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10. A janela de vidro de um forno tem sua superfície externa à temperatura de 200°C. A janela está

exposta a um ambiente à 27°C com um coeficiente de transferência de calor por convecção de 50

W/m².°C em relação à janela. A emissividade da parede do vidro é igual a 0,08. Calcule o fluxo

total de calor para o ambiente.

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11. A superfície externa de um satélite que orbita a Terra recebe um fluxo de radiação solar de 1400

W/m². Esta superfície tem uma emissividade de 0,1. Calcular a temperatura da superfície externa

do satélite, sabendo que a temperatura radiante do meio (vácuo interplanetário) é de 5 K. Na

região interplanetária não existe nenhuma transferência de calor por convecção.

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12. Um ambiente tem uma das paredes encostada a um forno de padaria. A temperatura da parede

chega a 90 C. Calcule o calor total (convecção e radiação) transferido para a sala, por metro

quadrado de parede, se a temperatura do ar na sala é de 28°C em média. Considere que a parede é

de tijolos refratários com emissividade 0,45 e coeficiente de convecção entre a parede e o ar é 15

w/m2°c.

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13. Um telhado de zinco do galpão de uma fábrica chega a uma temperatura de 120°C nas tardes de

verão. Considerando que o telhado tem uma área total de 4000m², calcule a quantidade total de

calor transferido por radiação, do telhado para o recinto interno, se este se encontra a uma

temperatura de 35°C. Considere emissividade da telha de zinco igual 0,25.

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14. Em uma churrascaria, a parede da churrasqueira, feita de tijolo vermelho comum, emissividade

0,95, de 20m² de área, atinge uma temperatura de 90°C quando a churrasqueira é usada. Deseja-se

fazer um novo ambiente na churrascaria, colado a esta parede. Se a temperatura desejada para o

ambiente é de 24°C, de quanto será a taxa de transferência de calor por radiação da parede para o

ambiente?

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15. Numa usina nuclear, em um tubo, de 15mm de diâmetro externo, é montado pastilhas de

combustível nuclear. O tubo é então fixado no interior de outro tubo de 40mm de diâmetro

interno. Ambos os tubos são de aço inoxidável, porém o tubo interno é revestido na sua face

externa com uma camada de tinta negra. Em regime permanente a temperatura da superfície

externa do tubo interno que contém o combustível nuclear é mantida a 250 C e a temperatura da

superfície interna do tubo externo é mantida a 80 C. A superfície do tubo externo tem um

polimento comum e apresenta emissividade igual a 0,20. Determinar a transferência de calor por

radiação em 10m de tubo.

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16. (Concurso – Petrobrás 2011) - Duas grandes placas paralelas finas, cujas superfícies podem ser

consideradas corpos negros, estão separadas por uma distância de 2cm e trocam calor entre si por

condução e radiação. Admita que:

• Uma das placas está a T1 = 400 K, enquanto a outra está a T2 = 300 K;

• O espaço entre elas é ocupado pelo ar (kar = 0,02 W/m.K);

• As correntes de convecção natural envolvidas são desprezíveis.

Considerando que a taxa de transferência de calor por radiação entre as placas por unidade de área

é de 300W/m2, a taxa de transferência de calor total entre as placas por unidade de área, em W/m

2,

corresponde a:

(A) 350

(B) 400

(C) 450

(D) 500

(E) 550

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17. (Concurso – Petrobrás 2011) - Uma das superfícies de uma placa delgada absorve 793 W/m2 de

radiação solar e a dissipa por convecção para o ar ambiente a 30C, enquanto a outra superfície

está isolada. Considerando que o coeficiente de transferência de calor envolvido vale h = 13

W/(m2.oC), a temperatura da placa, em

oC, é dado por:

(A) 31

(B) 61

(C) 78

(D) 91

(E) 101

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18. (Concurso – Petrobrás 2011) - Considerando-se os modos de transferência de calor, estão

corretas as afirmativas abaixo, EXCETO a seguinte:

(A) um corpo negro absorve toda a radiação incidente sobre ele.

(B) alumínio em folhas, madeira e água estão citados em ordem crescente de emissividade,

quando se encontram a 300 K.

(C) a radiação emitida por um corpo negro representa a quantidade máxima de radiação que pode

ser emitida por uma superfície em uma determinada temperatura, sendo uma condição ideal que

serve como referência.

(D) a lei de Kirchhoff sustenta que a emissividade espectral para a emissão de radiação à

temperatura T é igual ao poder de absorção espectral para a radiação proveniente de um corpo

negro a mesma temperatura T.

(E) a transferência de calor através do vácuo só ocorre por radiação e convecção, já que a

condução exige a presença de um meio para ocorrer.

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19. (Concurso Petrobrás 2006) - No interior de um forno industrial encontram-se duas peças que

trocam calor por radiação entre si. A taxa de transferência de calor entre esses dois corpos pode

ser determinada com precisão pela temperatura e pela:

(A) condutividade térmica dos dois corpos.

(B) condutividade térmica e pela espessura dos dois corpos.

(C) emissividade, pelo fator de forma e pela área dos dois corpos.

(D) emissividade e pela área dos dois corpos.

(E) emissividade e pela condutividade térmica dos dois corpos

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20. (Concurso Transpetro - 2012) - A emissividade, ε, é uma propriedade da superfície que indica a

eficiência da superfície irradiante. O intervalo que compreende tal parâmetro é dado por

(A) −1,0 ≤ ε ≤ 1,0

(B) −0,5 ≤ ε ≤ 0,5

(C) 0 ≤ ε ≤ 0,5

(D) 0 ≤ ε ≤ 0,7

(E) 0 ≤ ε ≤ 1,0

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