Lista de Exercícios Resolvidos - Transferência de Calor Convecção e Escoamento Externo

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS CURSOS DE ENGENHARIA MECÂNICA ENGENHARIA QUÍMICA GNE 331 Transferência de Calor Profa Cristiane Alves Pereira Lista de Exercícios Cap 5 Fundamentos de Convecção e Escoamento Externo 1 Quando a transferência de calor através do fluido ocorre por condução e quando ocorre por convecção Para qual caso a taxa de transferência de calor é mais elevada Qual a diferença entre coeficiente de transferência de calor por convecção e condutividade térmica de fluido 2 O que é convecção forçada Como ela se difere da convecção natural A convecção causada por ventos é forçada ou natural 3 Em qual modalidade de transferência de calor o coeficiente de transferência de calor por convecção é normalmente mais elevado convecção natural ou convecção forcada Por quê 4 Água a uma temperatura T 25 C escoa sobre uma das superfícies de uma parede de aço AISI 1010 cuja temperatura é de Ts1 40 C A parede possui uma espessura de 035 m e sua outra superfície está a uma temperatura de Ts2 100 C Em condições de estado estacionário qual é o coeficiente convectivo associado ao escoamento da água Quais são os gradientes de temperatura na parede e na água que está em contato com a parede Esboce a distribuição de temperaturas na parede e na água a ela adjacente Dados kAISI 1010 630 Wm K kágua 0613 Wm K Resp h 7200 Wm2 K gradiente na placa 17143 Cm gradiente na água 1761827 Cm 5 Como a espessura da camadalimite de velocidade varia com a distância da borda frontal no escoamento laminar sobre uma placa plana E no escoamento turbulento Como t se relaciona com h 6 O que determina as espessuras relativas das camadaslimite de velocidade e térmica no escoamento laminar E no escoamento turbulento Quando t 7 Óleo de motor a 60 C escoa ao longo da superfície de uma placa plana de 5m de comprimento cuja temperatura é mantida a 20 C com velocidade de 2 ms Determine a taxa de transferência de calor por unidade de largura de placa As propriedades do óleo de motor na temperatura de filme Tf TsT2 20602 40 C são ρ 876 kgm3 Pr 2962 k 01444 Wm L ν 2485x104 m2s Resp 1105 W Re 40241 Nu 1913 2 8 O coeficiente de transferência de calor por convecção para uma pessoa vestida em pé no ar em movimento é expresso como h 148V069 para 015V15 ms em que V é a velocidade do vento Para uma pessoa com superfície corporal de 17 m2 e temperatura média de superfície de 29 C determine a taxa de perda de calor por convecção a partir da pessoa no ar com vento a 10 C para velocidades do ar de a 05 ms b 10 ms c 15 ms Resp a 2963 W b 478 W c 6324 W 9 Um coletor solar de placa plana é colocado horizontalmente em um telhado Para determinar sua eficiência é necessário calcular a perda de calor para o ambiente a partir da superfície O coletor é uma tira longa com 1 ft de largura Sua temperatura superficial é de 140 F Se um vento a 60 F estiver soprando sobre o coletor a uma velocidade de 10 fts calcule as quantidades a seguir nas posições x 1 ft e x xcritico As propriedades do ar na temperatura de filme Tf 100 F são ρ 0071 lbmft3 k 00154 Btuh ft F μ 1285 x 105 lbm ft s cp 0240 Btulbm F Pr 072 a Coeficiente local de transferência de calor por convecção b Taxa de transferência de calor por convecção Resp a 108 Btuh ft2 F e 8617 Btuh b 036 Btuh ft2 F e 2592 Btuh 10 Sobre uma placa plana ar a 27 C com velocidade de 5 ms A placa se encontra aquecida a uma temperatura constante de 60 C ao longo de todo o seu comprimento Calcule o calor transferido a Nos primeiros 20 cm da placa b Nos primeiros 50 cm da placa c Nos primeiros 3 m da placa Admita que a placa tem 1 m de profundidade e que as propriedades do ar na temperatura de filme Tf 435 C são ν 1736 x 10 6 m2s k 002749 W m C Pr 07 cp 1006 kJkg C Resp a64 W b 10148 W c 1337 W 3 11 Para descongelar o gelo fino acumulado na superfície externa do parabrisa de um automóvel ar quente é soprado sobre a superfície interna do parabrisa Considere um parabrisa de automóvel kv 14 Wm K com altura total de 05 m e espessura de 5 mm O ar externo 1 atm à temperatura ambiente é 20C e a velocidade média do fluxo de ar sobre a superfície externa do parabrisa é 80 kmh enquanto a temperatura ambiente no interior do automóvel é 25 C Determine o valor do coeficiente de transferência de calor por convecção para o ar quente soprado sobre a superfície interna do parabrisa necessário para derreter o gelo fino acumulado Considere a superfície do parabrisa como uma placa plana Resp 49 Wm2 K Buscar propriedades nas tabelas de dados termofísicos 12 A seção de produção de uma fábrica de plásticos coloca uma folha contínua de plástico de 12 m de largura e 01 cm de espessura a uma velocidade de 9 mmin A temperatura de folha de plástico é 95 C quando exposta ao ar circundante e a seção de 06 m de comprimento da folha de plástico é submetida ao fluxo de ar a 25 C e a velocidade de 3 ms em ambos os lados ao longo de suas superfícies normais à direção do movimento da folha como mostrado no esquema a seguir Determine a A taxa de transferência de calor da folha de plástico para o ar por convecção e radiação b A temperatura da folha de plástico na seção de resfriamento Dados Considere a massa específica ρ 1200 kgm3 cp 17 kJkg C ε 09 A temperatura de filme e pressão 1atm k 002808 Wm C ν 1896 x 10 5 m2s Pr 07202 Resp a 1380 W considerando convecção e radiação c 912 C considerando transferência de calor por convecção e radiação 13 Uma engenheira esta projetando um sistema de aquecimento que consistira de varios tubos colocados em um duto que carrega o fornecimento de ar para um edifício Ela decide executar testes preliminares com um unico tubo de cobre com diametro externo de 2 cm transportando vapor condensado a 100C A velocidade do ar no duto 4 e de 5 ms e sua temperatura e 20C Se o comprimento do tubo e de 1 m calcule a taxa de transferência de calor desde a sua superfície para o ar no entorno Buscar propriedades nas tabelas de dados termofísicos Como exercício avaliem mais de uma correlação para os cálculos Resp Usando correlação de Hilpert q 2437 W Usando correlação de Zukauskas q 2882 W 14 O oleoduto do Alasca transporta 230 milhoes de litros de petroleo cru por dia de Prudhoe Bay para Valdez cobrindo uma distancia de 1280 km O diametro da tubulacão e de 12 m e ela está isolada com 10 cm de fibra de vidro coberto com revestimento de aco Aproximadamente metade do comprimento do oleoduto esta acima do solo estendendose na direcão nortesul O isolamento mantem a superfície externa da capa de aco em torno de 10C Se a temperatura media ambiente for 0 C e os ventos dominantes na direção perpendicular ao eixo tiverem a uma velocidade de 2 ms calcule a taxa total de perda de calor da porcão do oleoduto acima do solo Buscar propriedades nas tabelas de dados termofísicos Como exercício avaliem mais de uma correlação para os cálculos Resp Usando correlação de Hilpert q 220 MW Usando correlação de Zukauskas q 1711 MW Usando correlação de Churchill e Bernstein q 1724 MW Bons estudos