1a lista de exercícios et 2015 02

UERJ Universidade do Estado do Rio de Janeiro FAT Resende

Equipamentos Trmicos 2015/02

lcio Nogueira Equipamentos Trmicos Pgina 1

Lista de Exerccios 01 ET 2015/02

Escoamento e Conveco interna

Disse o Mestre quando na terra esteve: Procure e encontrars!

01 Bombea-se leo de mquina com velocidade mdia = 0,6 atravs de um

feixe de n = 80 tubos, cada um com o dimetro interno D = 2,5 cm e comprimento L = 10

m. As propriedades fsicas do leo so = 0,75 104 2

e = 868

3 .

Calcule a perda de carga em cada tubo e a potncia total necessria para bombear o leo

atravs dos 80 tubos e superar o atrito fluido do escoamento.

02 Considere o aquecimento do ar atmosfrico que est fluindo com uma velocidade

= 0,5

no interior de um tubo de paredes delgadas, com 2,5 cm de dimetro, na

regio hidrodinmica e termicamente desenvolvida. O aquecimento pode ser realizado

por condensao de vapor de gua na superfcie externa do tubo, ou seja, mantendo -se

uma temperatura superficial uniforme, quer por aquecimento com um resistor eltrico,

isto , mantendo-se um fluxo de calor superficial constante. Calcule o coeficiente de

transferncia de calor em ambas as condies de aquecimento, admitindo que as

propriedades ao ar possam ser calculadas a 350 K.

Propriedades do ar: = 20,76 106 = 0,03 ( . )

03 O ar atmosfrico, presso normal e com uma velocidade = 0,5 / , flui

dentro de dutos de parede paredes delgadas, com seo reta transversal quadrada de lado

b = 2,5 cm. O ar aquecido atravs das paredes do duto, que so mantidas a uma

temperatura uniforme pela condensao de vapor de gua na superfcie externa. Calcule

o fator de atrito e o coeficiente de transferncia de calor na regio hidrodinmica e

termicamente desenvolvida. As propriedades podem ser estimadas a 350 K:

= 20,76 106 = 0,03 ( . )

04 Determine os comprimentos de entrada hidrodinmica e da trmica em termos do

dimetro interno D do tubo em um escoamento a uma temperatura mdia = 60 e

Re = 200, dentro de um tubo circular com o mercrio, ar, gua, etileno glicol e leo de

mquina, com condio de contorno fluxo de calor constante nas paredes.

05 O etileno glicol a 60C, com uma velocidade = 4

, penetra nos 6 m de

comprimento da seo de aquecimento, com paredes delgadas, de um tubo com 2,5 cm

de dimetro interno, depois de passar atravs de uma seo isotrmica acalmante. Na

parte aquecida, a parede do tubo mantida temperatura uniforme TW = 100C pelo vapor

de gua que se condensa na superfcie externa. Calcule a temperatura de sada do etileno

glicol. Propriedades do glicol 60C:

= 2562 ( .) ; = 1088 3 ; = 4,75 106 2




= 0,26

. ; = 51

06 O ar atmosfrico, a Tm = 300 K e uma velocidade de corrente global um = 10 m/s,

flui atravs de um tubo com D = 2,5 cm de dimetro interno. Calcule a perda de carga,

em cada 100 m de comprimento do tubo, para:

a) Um tubo liso

b) Um tubo de ao comercial com = 4,5

07 A gua flui com uma velocidade mdia um = 2 m/s em um tubo circular de dimetro

interno D = 5 cm. O tubo feito de ao comercial, e suas paredes so mantidas a uma

temperatura uniforme Tw = 100 C, pela condensao de vapor de gua em sua superfc ie

externa. No local em que o escoamento est hidrodinmica e termicamente desenvolvido,

a temperatura mdia global da gua Tb = 60 C. Calcule o coeficiente de transfernc ia

de calor h utilizando a equao de Dittus e Boelter.

Propriedades a 60C:

= 0,651

. ; = 3,02 ; = 958

3 ; = 4,71 106 /( .)

= 2,82 106 /( .)

08 A velocidade mxima de um fluido em escoamento laminar em um tubo circular de raio R = 4 cm vale

0,2 m/s. Sabendo-se que o perfil de temperatura est definido pela equao:

() = 250 + 200(

)3 (em K)

Determine a velocidade mdia e a temperatura mdia do fluido no tubo.

Observao: A temperatura mdia Tm no tubo dada por:

2 = () ()

09 Considere um escoamento de leo a 20C em um oleoduto de 30 cm de dimetro a uma velocidade

mdia de 2,0 m/s. A seo horizontal de 200 m de comprimento do oleoduto passa por um lago gelado a

0C. As medies indicam que a temperatura da superfcie do tubo est prxima de 0C. Determine a

potncia de bombeamento necessria para superar a perda de carga e manter o escoamento do leo na

tubulao. Apresente as hipteses para a soluo adotada.

Propriedades do leo a 20C:

= 1880 ( .) ; = 888,1 3 ; = 9,429 104 2

= 0,145

. ; = 10,863




10 gua a 15C, = 999,1

3 ; = 1,138 103

. , escoa em um tubo interno

horizontal de ao inoxidvel a uma taxa de 5,4 l/s. Sabendo que a queda de presso no

escoamento de 82,25 kPa, determine o dimetro e a potncia de bombeamento atravs

de 60 m de comprimento do tubo.

11 gua deve ser aquecida de 15C para 65C, medida que escoa atravs de um

tubo de 3 cm de dimetro interno e 5 m de comprimento. O tubo est equipado

com um aquecedor de resistncia eltrica que fornece aquecimento uniforme em

toda a superfcie. A superfcie externa do aquecedor est bem isolada, de modo

que, em funcionamento permanente, todo o calor gerado pelo aquecedor

transferido para a gua no tubo. Considerando que o sistema fornece gua quente

a uma taxa de 10 l/min, determine a potncia da resistncia do aquecedor e estime

a temperatura da superfcie interna do tubo na sada.

Propriedades:

= 4179 ( .) ; = 992,1 3 ; = 0,658 106 2

= 0,631

. ; = 4,32

12 Ar quente presso atmosfrica de 80C entra em um duto no isolado de 8 m de

comprimento, de seo reta transversal quadrada de 0,2 m x 0,2 m, que passa atravs do

sto de casa a uma taxa de 0,15 m3/s. O duto quase isotrmico a 60C. Determine a

temperatura do ar na sada e a taxa de perda de calor a partir do duto para o espao

do sto.

Propriedades do ar 80C e 1 atm:

= 1008 ( . ) ; = 0,9994 3 ; = 2,097 105 2

= 0,02953

. ; = 0,7154

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