Deseja-se aquecer 1 kg/s de água líquida de 20 ºC a pelo menos 70 oC por meio de transferência de calor de um fluido dito quente, usando um trocador de calor. O fluido quente está disponível com vazão mássica de 1 kg/s e temperatura de 220 oC. Os calores específicos da água e do fluido quente são iguais a 4200 kJ/(kgK) e 2100 kJ/(kgK), respectivamente.

Considere uma aleta de seção retangular uniforme, de largura w = 100 mm e espessura t = 1 mm e de comprimento L = 700 mm, em um ambiente em que o ar está a 0 ºC. O material da aleta apresenta condutividade térmica k = 25 W/(mK). A distribuição de temperatura (ºC) na aleta é unidimensional, sendo dada por T = 100e^–4x; em que x é a coordenada (m) ao longo da aleta (x = 0 corresponde à sua base, enquanto x = L, à sua ponta).

Vapor saturado de um fluido a T_V escoa no interior de um tubo de cobre de parede fina e raio externo igual a 10 mm. Deseja-se revestir o tubo de forma a protegê-lo mecanicamente pela introdução de uma camada cilíndrica de material com condutividade térmica de 1 W/(mK) e espessura t a ser determinada. Adicionalmente, busca-se maximizar a taxa de transferência de calor do fluido para o ar, cuja temperatura é T∞. O coeficiente de transferência de calor por convecção do lado externo pode ser considerado igual a 50 W/(m2K), tanto para a superfície nua quanto para a superfície revestida. Considerando desprezível as resistências à transferência de calor por convecção entre o vapor e o tubo de cobre e por condução através da parede de cobre, assinale a alternativa com a espessura t do material protetor necessária para maximizar a perda de calor para o ar.

Uma bomba de calor será usada para manter a temperatura da água de uma piscina em 27 ºC. A piscina está em um ambiente cuja temperatura é 7 ºC. Dessa forma a água da piscina perde energia por transferência de calor para a vizinhança a uma taxa de 150 kW. A mínima potência requerida para acionar a bomba de calor é