4a Lista de Exercícios_TC _2022-2 pdf

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA TRANSFERÊNCIA DE CALOR – EQUI0095 Turma 01 / 2022 - 2 Prof. Manoel Prado 4ª. Lista de Exercícios: Transferência de Calor por Convecção 1. Uma parede plana separa ar quente (A) à temperatura de 50 ◦C do ar frio (B) a −10 ◦C, como mostrado na figura abaixo. Calcule a taxa de transferência de calor, em condições de regime permanente, considerando a condutividade térmica da parede: a) k = 0.7W/m·K b) k = 20 W/m·K 2. Ar a 25 ◦C escoa sobre um aquecedor elétrico tipo placa plana com 30 cm de largura com velocidade de 13 m/s. O aquecedor dissipa energia para o ar a um fluxo constante de 2730 W/m2. Qual deve ser o comprimento do aquecedor na direção do escoamento, para que a temperatura na superfície não exceda 155 ◦C? 3. Ar a 20 ◦C entra em um tubo circular de 1,5 cm de diâmetro interno com velocidade de 50 m/s. vapor condensa sobre a superfície externa do tubo, mantendo a temperatura superficial em 150 ◦C. a) Calcule o comprimento de tubo requerido para aumentar a temperatura do ar para 90 ◦C; b) Analise e discuta a influência da rugosidade do tubo sobre o comprimento da tubulação. 4. Água a 15 ◦C e 0,15 m/s escoa sobre uma placa plana com 30 cm de largura e 1 m de comprimento na direção do escoamento. Se energia é transferida das superficies superior e inferior da placa para a corrente de água a uma taxa de 3500 W, determine a temperatura da superfície da placa. 5. Vapor condensa sobre a superfície externa de um tubo circular com 65 mm de diâmetro mantendo a temperatura da superfície uniforme a 100 ◦C. Óleo escoa pelo tubo com velocidade media de 1 m/s. Determine comprimento de tubo necessário para aumentar a temperatura do óleo de 40 ◦C a 60 ◦C. As propriedades físicas do óleo são dadas abaixo: a 6. No exercício 5, a razão L/D é expressa como: Use a analogia de Chilton-Colburn, dada por Pr2 / 3 2 f = StH e avalie se o valor de L/D é realístico? 7. Calcule o tempo necessário para que a superfície de uma barra de aço inoxidável 304 de 2 cm de espessura alcance 350oC, considerando que ela está inicialmente a 30oC. A barra está colocada dentro de um forno onde a corrente de ar está a 700oC e circula com uma velocidade média de 5 m/s. Considere que o escoamento de ar se dá na direção principal do cilindro (1 m de comprimento). 8. Uma barra cilíndrica de alumínio, com 2 cm de diâmetro, está inicialmente a 50oC e é colocada em uma corrente de ar que está a 250oC, em escoamento cruzado. A corrente de ar está circulando com uma velocidade de 10 m/s. (a) Determine a temperatura superficial da peça 100 segundos após o início do processo; (b) Considerando água como o fluido, qual será temperatura superficial da peça, nas mesmas condições do item anterior? 9. Um tubo de 60 mm de diâmetro é aquecido uniformemente (ao longo de seu comprimento (q’’ = 2000 W/m2). Se água pressurizada entrar no tubo a 0,01 kg/s e 200C, qual é o comprimento do tubo necessário para que a temperatura de saída da água seja 80oC? Qual é a temperatura superficial do tubo na saída se as condições de desenvolvimento existirem? 10. Ar quente à pressão atmosférica e 85oC escoa a uma vazão de 0,15 m3/s em um duto não isolado, de 10 m de comprimento e seção reta quadrada de 0,15 m x 0,15 m, que atravessa uma unidade industrial. O duto pode ser considerado isotérmico a 70oC. Determine a temperatura do ar na saída e a perda de calor para o ambiente. 11. Considere um coletor solar de placas planas que utiliza tubos em serpentinas (como usado na parte traseira das geladeiras). Um tubo de cobre de diâmetro interno igual a 10 mm e comprimento total de 8 m é soldado na parte traseira do coletor, o qual é mantido a 70oC. Despreze a resistência interna provocada pela solda do tubo no coletor, bem como o efeito do serpenteamento do tubo. (a) Se água entrar no tubo a 25oC, com vazão mássica de 0,01 kg/s, qual será a temperatura de saída e a taxa de transferência de calor? (b) Mostre graficamente o efeito da vazão mássica (numa faixa de 0,005 a 0,05 kg/s) sobre a temperatura de saída e taxa de calor trocado. Para 0,05 kg/s, plote a distribuição de temperatura ao longo do tubo. 12. Um fluido escoando a v (m/s) por uma tubulação de diâmetro D (m) é resfriado externamente por meio de uma corrente de ar ambiente, sob circunstâncias nas quais o fluxo de calor(em W/m2) na parede pode ser estimado pela equação q’’ = C.x, onde C é uma constante dimensional e x é a posição axial ao longo do tubo, medida em metros. Determine o comprimento de tubo necessário para que a temperatura “bulk” do fluido caia para um valor de 10% do valor inicial. 13. Ar atmosférico a 25oC escoa a 5 m/s sobre uma esfera de cobre de 1,5 cm de diâmetro. A esfera está inicialmente a 50oC. Quanto tempo será necessário para resfriar a esfera até 30oC? Qual a quantidade global de calor transferida da esfera para o ar? Dados: Para o ar a 25oC Para o ar a 40oC Para o cobre a 40oC