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Lista de exerccios Transmisso de Calor 2010

1.Araumapressode6KN/m2aumatemperaturade300Cescoacomumavelocidadede10m/s sobre uma placa plana de comprimento 0,5m. Estime a taxa de resfriamento por

unidadedelarguradaplacanecessriaparamanteratemperaturasuperficiala27C.Resposta: mWq /570' = 2.Foramconduzidosexperimentosemumcilindrometlicode12,7mmdedimetroe94mmdecomprimento.Ocilindroaquecidointernamenteporumaquecedoreltricoeencontrasesujeitoaumescoamentotransversaldearemumtneldeventocombaixavelocidade.Sobum conjunto especfico de condies para as quais a velocidade do vento amontante e atemperaturaforammantidasa10m/se26,3C,respectivamente,adissipaodepotnciadoaquecedorfoimedidacomumavalordeP=46W,enquantoatemperaturamdiadasuperfciedocilindrofoideterminadaemTs=128,4C.Estimaseque15%dadissipaodepotnciasoperdidosatravsdoefeitocumulativoda radiaoeconduoatravsdasextremidadesdocilindro. (a) Determine o coeficiente de transferncia de calor por conveco a partir dasobservaes experimentais. (b) Compare o resultado experimental com o coeficiente deconvecocalculadoapartirdacorrelaoapropriado.

Respostas:(a) KmWh 2102= (b) Km

Wh 2105= 3. gua pressurizada freqentemente disponvel a elevadas temperaturas e pode serutilizada em aplicaesde aquecimentode ambientesou emprocessos industriais. Em taiscasosusualutilizarumfeixedetubosnoqualaguaescoaatravsdosmesmosenquantooarescoaemescoamentocruzadosobreostubos.Considereumarranjoemquincncioparaoqualodimetrodotubo16,4mmeospassos longitudinaletransversalsoSL=34,3mmeST=31,3mm.Existemsetefileirasdetubosna direo do escoamento de ar e oitotubosporfileira.Nascondiestpicasdeoperao,atemperaturadasuperfciedocilindro encontra a 70C, enquanto atemperatura e a velocidade do ar amontante so as 15C e 6 m/s,respectivamente.Determineocoeficientede conveco no lado do ar e a taxa detransferncia de calor para o feixe detubos.Qual a queda de presso no ladodoar?4.OaratmosfricoaT=275K,comumavelocidadedecorrente livre20m/s. fluisobreumaplacaplanadecomprimento1,5m,mantidaaumatemperaturauniformeTw=325K.

a) Calculeo coeficientede transfernciade calormdio sobrea regioondeacamadalimitelaminar.

b) Determineocoeficientedetransfernciadecalormdiosobreocomprimentointeiro,L=1,5mdaplaca.

c) Calculeataxadetransfernciadecalor,daplacaparaoar,nocomprimentoL=1,5menalarguraw=1m

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5.Umleodemquina,a40C,fluicomumavelocidadede1m/s,sobreumaplacaplanade2mdecomprimentocujasuperfciemantidatemperaturauniformede80C.Determineocoeficientedetransfernciadecalormdioem2mdecomprimentodeplaca.

Resposta:74,4W/(m2C)6.Oaratmosfrico,a20C,fluicomumavelocidadede2m/ssobreumasuperfciede3mpor3mdeumaparedequeabsorveumfluxodeenergiasolarrazode500W/m2edissipacalorpor conveco para a corrente de ar.Admitindo que a outra parede tenha perda de calordesprezvel,determineatemperaturamdiadaparedenascondiesdeequilbrio.

Resposta:180C7.Oar,pressoatmosfricaea24C, fluicomumavelocidadede10m/sparalelamenteauma placa plana de comprimento L=4m, mantida a uma temperatura uniforme de 30C.AdmitaRe=2105.

(a) Calcule o coeficiente de transferncia de calor local em x=2,3 e 4m a partir daextrem,idadedominantenaplaca.

(b) AcheocoeficientedetransfernciadecalormdiosobreL=4m.(c) Determineataxadetransfernciadecalordaplacaparaoar,pormetrodelargurada

placa.Respostas:(a)22,8;21,2;19,9W/(m2C);(b)23,3W/(m2C);(c)9880W/m

8. O ar atmosfrico a T=250K, com uma velocidade de corrente livre 30m/s. fluitransversalmenteaumcilindrocircular,dedimetro2,5cm.Asuperfciedocilindro,mantidaaumatemperaturauniformeTw=350K.(a)Calculeocoeficientedetransfernciadecalormdio;(b)Determineataxadetransfernciapormetrodecomprimentodocilindro.

9.OaratmosfricoaT=275K, fluitransversalmenteaum fioeltricode1mmdedimetro,mantido temperaturauniformeTw=350K. Seo fiodissipa70W/m, calculea velocidadedecorrentelivredoar.10.Umfluido,a27C,fluicomumavelocidadede10m/s,transversalmenteaumtubode5cmdedimetroexterno,cujasuperfciemantidatemperaturauniformede120C.Determineocoeficientedetransfernciadecalormdioeataxadetransfernciadecalor,pormetrodecomprimentodotubo,para(a)oarpressoatmosfrica;(b)gua.

Respostas:(a)58,3W/(m2C);(b)31800W/(m2C)

11.Umleodemquina,a20C, flui comumavelocidadede1m/s transversalmenteaumtubo de 2,5 cm de dimetro, mantido temperatura uniforme Tx=100C. Determine ocoeficiente de transferncia de calor mdio e a taxa de transferncia de calor entre asuperfciedotuboeoleo,pormetrodecomprimentodotubo.

Respostas:3206W/(m2C);20,14KW/m12.Oaratmosfrico,aT=250K,comumavelocidadedecorrentelivre30m/s.fluiemtornodeumaesferadedimetro2,5cm.AsuperfciedaesferamantidaaumatemperaturauniformeTw=350K,poraquecimentoeltrico. (a)Calculeocoeficientedetransfernciadecalormdio;(b)Determineataxadetransfernciadecalorefluentedaesfera.13. Ar atmosfrico, a 20C, flui com uma velocidade de corrente livre de 5m/s sobre umtanqueesfricode2mdedimetro,mantidoa80C.Calculeocoeficientedetransfernciadecalormdioeataxadetransfernciadecalordaesferaparaoar.

Respostas:63,2W/(m2C);29,8W

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14.Oar,pressoatmosfricaetemperaturaT1=325K,fluiatravsdeumfeixedetubosemumarranjoalinhado.OstubostmdimetroexternoD=1,9cmesomantidostemperaturaunbiforme,Tw=375K.Ospassoslongitudinaletransversaldofeixesodadospor:ST/D=SL/D=2.OfeixeconsisteemtubosdecomprimentoL=0,75m,N=15filasdetubosnadireodofluxoem=20 tubospor fila.A velocidadedo ar,exatamente antesdaentradado feixede tubos 8m/s.

(a) Encontreaperdadecargaatravsdofeixedetubos;(b) Determineocoeficientedetransfernciadecalormdio;(c) DetermineatemperaturadesadadoarT2;(d) Determineataxadetransfernciatotaldecalor.

15.Oar,pressoatmosfricaea27C,fluisobreumfeixedetuboscom10filasdetubosdedimetroD=1cm.Avelocidadedeescoamentoantesdoarentrarno feixede tubos1m/s.Determineocoeficientedetransfernciadecalormdioparacadaumdosseguintescasos:

(a) OstubosestonumarranjotriangulareqilterocomST/D=SD/D=1,25(b) OstubosestonumarranjoquadradocomST/D=SL/D=1,25

Respostas:(a)106W/(m2C);(b)101W/(m2C)

16.Oar,pressoatmosfricaea27C,fluisobreumfeixedetuboscom10filasdetubosdedimetroD=1cm.Avelocidadedeescoamentoantesdoarentrarnofeixedetubos1,5m/s.Determineofatordeatritomdioeaperdadecargaparaasseguintesconfiguraes:

(a)OstubosestonumarranjotriangulareqilterocomST/D=SD/D=1,25(b)OstubosestonumarranjoquadradocomST/D=SL/D=1,25Respostas:(a)f=0,6eP=198,7N/m2;(b)f=0,53eP=175,5N/m2

17.QuerseaquecerguaqueestaT1=24CatT2=74Cfazendoapassaratravsdeumfeixedetubosnumarranjoalternado.OstubostmdimetroexternoD=2,5cmesomantidosaumatemperaturasuperficialuniformea100C.Ospassoslongitudinaletransversaldoarranjoalternadoso:SL/D=1,5eST/D=2.Avelocidade(v)dagua,exatamentenaentradadofeixedetubosv=0,3m/s.Calcule: (a)coeficientedeconveco;

(b)nmerodefilasdetubos,nadireodoescoamento,necessriasparaconseguiraelevavodaTgua.

Dados: cp=4174 J/(Kg.C); =989 Kg/m3; k=0,644W/(m.C); Pr=3,64; =5,62x104kg/(m.s);Ts=100C;Prs=1,7418.Ara1atme10Cescoaatravsdeum feixede tubos com15 fileiras longitudinaise5fileiras transversais coma velocidadede7m/s (medidanoescoamentoantesdeentrarnofeixe de tubos). As superfcies dos tubos so mantidas a 65C. O dimetro dos tubos 1polegada.Os tubosestodispostosem linha talqueoespaamentonasdireesnormaleparaleloaoescoamento1,5polegada.Calculeocalortotaltransferidopelofeixeporunidadedecomprimentoeatemperaturadesadadoar.Respostas:44Kw/m;19C.

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Figura - Fator de frico para banco de tubos com arranjos a) alinhado e (b) quincncio