Lista de Exercícios no 8 Escoamento Externo-2021 2

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA EMC 5425 - Fenômenos de Transporte Prof: Emilio E. Paladino Lista de Exercícios No 8 – Escoamento Externo. Questão 1 Uma correlação para o Numero de Nusselt local em placa plana, quando a temperatura da placa é mantida constante, é dada pela equações a seguir: 1 3 5 1 3 5 7 0.5 0.8 0,332Re Pr Re 5 10 (Laminar) 0,0296Re Pr 5 10 Re 10 (Turb.) x x x x Nu Nu =   =    . a) Para =1000 kg/m3, = 1e-3 Pa s, k=0.6 W/mK, U = 2 m/s, CP=4187 J/kgK, calcule o coeficiente de transferência de calor em uma placa plana para as seguintes situações: i. Coeficiente médio de transferência de calor na placa, considerando TS prescrito ii. Coeficiente local de transferência de calor, considerando TS prescrito em x=0,1m iii. Coeficiente local de transferência de calor, considerando TS prescrito em x=0,5m b) Calcule: 0 f y T y =   e 0 s y T y =   em x=0,1m e em x=0,5m Questão 2 Calcule a força de arrasto sobre uma esfera de 0,1 metro de diâmetro, submersa em uma corrente de água ( = 1e-3 Pa s;  = 1000 kg/m3) para U igual a 2 m/s e 5 m/s. Explique porque, quando se aumenta a velocidade (pelo qual se espera que a força aumente) a força diminui. A figura abaixo apresenta a relação funcional de CD= f (Re), para esferas de parede lisa. A figura a direita apresenta uma “zoom” na reginão de transição U=0,99 U x y qw " w L=1m  TS-T=0,99 (TS- T) U, T T , , k, CP TS Questão 3 Os corpos mostrados na figura, possuem a mesma área projetada (normal ao escoamento) Qual terá maior arrasto? Qual terá maior arrasto de forma e de cisalhamento? Explique. Questão 4 Os resíduos radioativos são acondicionados em recipiente cilíndricos longos, de paredes finas. Os resíduos a gerar energia térmica de forma não uniforme, de acordo com a relação ( ) ( ) 2 0 0 1 / q q r r = − onde q é a taxa local de geração de energia por unidade de volume, q0 é uma constante, e r0 é o raio do recipiente. Condições de regime estacionário são mantidas pela submersão do recipiente em um líquido que está a T e fornece um coeficiente de convecção uniforme igual a h. Obtenha uma expressão para a taxa total na qual a energia é gerada por unidade de comprimento do recipiente. Utilize este resultado para obter uma expressão para a temperatura Tsup da parede do recipiente. Questão 5 Placas paralelas formam um coletor solar que cobre um telhado, como mostrado na figura. As placas são mantidas a 35 °C, enquanto o ar ambiente a 20 °C flui sobre o telhado com velocidade média do vento igual a 2 m/s. Para o cálculo de numero de Nu, considere o telhado como sendo uma placa plana, porem, considere a evolução da camada limite ao longo, podendo (precisa avaliar o calor do Re local), haver transição para C.L. turbulenta, sendo necessário utilizar uma correlação para esse regime. Determine a taxa de perda de calor por convecção de a) a primeiro placa b) a terceira placa. OBS: A temperatura Tsur é utilizada somente na próxima questão. Questão 6 No problema anterior, considere agora a troca de calor por radiação entre o sol (considerando a temperatura dada) e o coletor e considere que a temperatura dos coletores é mantida a 35 °C. Determine a troca de calor total (liquida), incluindo convecção e radiação (notem que estes fluxos terão sinal contrário, pois enquanto a agua é aquecida pela radiação, o ar ambiente, a menor temperatura, iram promover o resfriamento por convecção). Considere a emissividade (igual a absortividade) dos coletores, r = 0,5. a) b) U Tsur  5700 oC