Lista de Exercícios Resolvidos - Transferência de Calor e Convecção

LISTA 05 Questão 1 Experimentos foram conduzidos para a medição do coeficiente de transferência de calor por convecção em um cilindro metálico polido de 127 mm de diâmetro e 94 mm de comprimento figura 1 O cilindro é aquecido internamente por um aquecedor elétrico resistivo e é submetido ao escoamento de ar em corrente cruzada em um túnel de vento de baixa velocidade Sob um conjunto específico de condições operacionais nas quais a velocidade de corrente livre do ar e a temperatura foram mantidas em u 10 ms e 262C respectivamente a dissipação de potência do aquecedor foi mantida como Pe 76 W enquanto a temperatura média da superfície do cilindro foi determinada como Ts 1284C Estimase que 17 da dissipação de potência são perdidos por condução através das extremidades da peça a Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção a partir das observações experimentais justifique b Compare o resultado experimental com o coeficiente de convecção calculado a partir de correlação apropriada Questão 2 Ar a pressão atmosférica e a uma temperatura de 530C escoa em regime permanente com uma velocidade de 20 ms sobre uma placa plana de comprimento 25 m Estime a taxa de resfriamento por unidade de largura da placa necessária para manter a temperatura da superfície em 27C Questão 3 Num processo industrial vapor de água a 153C deixa o sistema através de um duto metálico de 12 m de comprimento seção transversal quadrada de 20 cm de lado e à uma velocidade média de 18 ms figura 2 A resistência térmica do duto é desprezível e a superfície exterior cuja emissividade é de 03 encontrase num ambiente aberto e onde o ar está à 27C Considerandose que a temperatura do céu é de 10C determine a temperatura do vapor ao deixar o duto e a taxa de perda de calor do vapor do duto para o ambiente Figura 1 Figura 2 Coeficiente de arrasto Nuo C Rem Prn Pr Prs14 Red V D v 10 ms 00127 m 1589 x 10⁶ m²s 0127 1589 x 10⁶ 7992 Através de tabela C 026 e m 06 pr 10 n 037 Nuo 026 799206 0707037 0707 0690025 605 h Nuo k D 605 003063 00127 165 W m² K Pela relação de Churchill NuD 03 1 1041 pr062 ReD05 23 1 Red 2820005845 Red V D v 10 ms 00127 m 292 x 10⁶ m²s 6071 NuD 03 062 607112 2 0701062 1104 0701234 NuD 406 h NuD k D 406 0030 Wmk 00127 m 960 Wm² K NuD hpk C Rem Pr13 Através de tabela C 0193 m e m0618 NuD 0193 60710618 070013 373 h NuD k D 373 0030 Wmk 00127 m 882 W m² K Portanto o valor é melhor em comparação com o valor de 17 Questão 1 a T 262C 29935 300 K Através de tabela v1589 x 10⁶ m²s k 263 x 10³ WmK Pr 0707 Ts1284C 40155 K tf 40155 300 350 K 2 Através de tabela v2092 x 10⁶ m²s k 30 x 10³ WmK Pr 0700 para Ts 40165 pr 0690 h q ATs t q083 p e A π DL h 083 96W r 00127 m 0094 m 1284 262C 0383 6308 165 W m²K b Pela relação de Zukauskas NuD C Rem Prn Pr Prs14 07 Pr 500 1 Red 10⁶ Questão 2 T 530 C 80315 K 800 K V 20 ms L 25 m Tplace 27C Através da tabela v 8463 x 10⁶ m²s k 573 x 10³ WmK pr0709 Rel V L v 20 ms 25 m 8463 x 10⁶ m²s 59080 04 Nuk 0332 Rel12 pr13 Nu 0332 59080 0412 070913 NuL 21097 NuL h L k 21097 h 25 573 x 10³ 2697 h 2697 573 x 10³ 25 h 48354 Wm²k q h L t tplace q 48354 25 530 27 q 608056 Wm Questão 3 T 153C 42615K 450K Valores de tabela ρ 04902 kgm³ Cp 1980 kJkgC v 311 x 10⁵ m²s k 00299 Wmc Pr 1010 Calculando a área da superfície A 4a2 A 40212 A 96 m² Calculando o comprimento característico Dh 4AeP Dh 40202402 02 m Calculando o número de Reynolds Re VDhv Re 1802311x10⁵ 11576 Re 10000 fluxo turbulento Lt L0h Lt 1002 2m Nu 0023 Re08 Pr03 Nu 00231157608 101003 Nu 4110 Calculando o coeficiente de transferência Nu hDhk h NukDh 41100029902 614 Wm²K Fluxo de massa ṁ ρAcv ṁ 04902020218 ṁ 0035 kgs Q Qconv ΔΕ m quente Q hAsΔt Q hAs te tilnts tets ti Q 61496 te 153ln75 te 75 153 1 Q hoAs ts to ε Asσ ts⁴ to⁴ Q 1096 ts 27 03 96 567 ts 273⁴ 6 273⁴ 2 Calculando a perda de energia ΔE ṁc p te ti Q ṁc te ti Q 0035 1980 153 te 3 Resolvendo as equações 1 2 e 3 Q 1705 W te 1284C ts 1131C