Ao analisar o desempenho de um sistema térmico, o engenheiro tem que ser

capaz de identificar os processos de transferência de calor relevantes. Somente então o comportamento do sistema pode ser devidamente

quantificado. Nos sistemas a seguir, identifique os processos pertinentes, indicando-os com setas apropriadamente identificadas em um esquema do sistema. Responda, ainda, a perguntas adicionais que são feitas no enunciado do problema.

(a) Identifique os processos de transferência de calor que determinam a temperatura de uma pavimentação em asfalto em um dia de verão. Escreva um balanço de energia para a superfície do pavimento.

(b) É sabido que a radiação microondas é transmitida através de plásticos, vidros e cerâmicas, mas é absorvida por materiais que possuem

moléculas polares, como a água. Moléculas de água expostas à radiação micro-ondas se alinham e revertem o alinhamento com a radiação micro- ondas a frequências de até 109 _s–1_{, causando a geração de calor. Compare}

o cozimento em um forno de micro-ondas com o cozimento em um forno convencional radiante ou convectivo. Em cada caso, qual é o mecanismo físico responsável pelo aquecimento do alimento? Qual forno apresenta a maior eficiência na utilização da energia? Por quê? O aquecimento com

micro-ondas vem sendo cogitado para a secagem de roupas. Como a operação de um secador por micro-ondas se diferenciaria da operação de um secador convencional? Qual deve ter a maior eficiência na utilização da energia e por quê?

(c) Para evitar o congelamento da água líquida no interior da célula a combustível de um carro, a água é drenada para um tanque de

armazenamento a bordo do carro quando ele não se encontra em uso. (A água é transferida do tanque para a célula a combustível quando o carro é ligado.) Considere um carro que usa célula a combustível, que se

encontra estacionado ao ar livre em uma noite muito fria, com T∞ =

−20°C. O tanque de armazenamento está inicialmente vazio e a Ti,t =

−20°C, quando água líquida, a pressão atmosférica e temperatura Ti,a =

50°C, é introduzida no tanque. A parede do tanque tem uma espessura tt e

é coberta por um isolamento térmico com espessura tiso. Identifique os

processos de transferência de calor que irão causar o congelamento da água. Haverá modificação na probabilidade de congelamento com a mudança da espessura do isolamento? A probabilidade de congelamento dependerá da espessura da parede do tanque e do material do tanque? Seria o congelamento da água mais provável se a tubulação usada para transferir água do tanque e para o tanque fosse feita de plástico (baixa condutividade térmica) ou de aço inoxidável (condutividade térmica moderada)? Há um formato de tanque ótimo que minimizaria a

probabilidade da água congelar? O congelamento seria mais ou menos provável se uma fina folha de papel-alumínio (alta condutividade térmica e baixa emissividade) fosse aplicada sobre a superfície externa do

isolamento?

(d) Sua avó está empenhada em reduzir suas contas de aquecimento no

inverno. Sua estratégia é pendurar folhas isolantes rígidas de poliestireno sobre suas janelas de vidro duplo logo após a chegada dos primeiros

dias muito frios no outono. Identifique os processos de transferência de calor relevantes em uma noite fria de inverno quando a folha de isolante é posicionada (a) sobre a superfície interna e (ii) sobre a superfície externa de sua janela. Para evitar prejuízo com a condensação, qual a configuração preferível? Não ocorre condensação sobre os vidros da janela quando a folha isolante não está presente.

(e) Há interesse considerável no desenvolvimento de materiais de construção que tenham boa qualidade de isolamento térmico. O desenvolvimento de tais materiais teria como efeito a melhora da conservação de energia ao reduzir as necessidades de aquecimento de ambientes. Foi sugerido que melhores qualidades estruturais e de isolamento poderiam ser obtidas pelo uso do dispositivo estruturado mostrado. O dispositivo é constituído por uma colmeia com células de seção transversal quadrada entre duas chapas sólidas. Há ar no interior das células e as chapas, assim como a matriz da colmeia, são fabricadas com plásticos de baixa condutividade térmica. Para a transferência de calor normal às chapas, identifique todos os processos de transferência

de calor pertinentes para a performance do dispositivo. Sugira formas para melhorar esta performance.

(f) A junta de um termopar é usada para medir a temperatura de uma corrente de gás quente escoando em um canal através do seu posicionamento na corrente principal do gás. A superfície do canal é resfriada de tal

maneira que a sua temperatura é bem menor daquela do gás. Identifique os processos de transferência de calor associados à superfície da junta do termopar. A junta do termopar estará (e, assim, medirá) a uma

temperatura menor, igual ou maior do que a temperatura do gás? Uma barreira de radiação é um pequeno tubo, aberto nos dois lados, que envolve a junta do termopar, mas permite a passagem do gás pelo seu interior. Como o uso de tal barreira melhora a exatidão da medida de temperatura?

(g) Uma tela de vidro para lareira com lâmina dupla é colocada entre o local de queima da madeira e o interior de uma sala. A tela é constituída por duas placas de vidro verticais separadas por um espaço através do qual o ar da sala pode escoar (o espaço é aberto nas partes de cima e de baixo). Identifique os processos de transferência de calor associados à tela.

(h) A junta de um termopar é usada para medir a temperatura de um material sólido. A junta é inserida no interior de um pequeno orifício circular e é mantido no lugar por epóxi. Identifique os processos de transferência de calor associados à junta. A junta será sensibilizada por uma temperatura menor, igual ou maior do que a temperatura do sólido? Como a

condutividade térmica do epóxi afetará a temperatura da junta?