Transferência de Calor Série de Exercícios N.º 02

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1) Ar a 20ºC e 1 atm escoa sobre uma placa plana a 35m/s. A placa tem 75cm de

comprimento e é mantida a 60ºC. Admitindo profundidade unitária na direção z, calcule o calor transferido pela placa.

2) Ar a 7kN/m² e 35ºc escoa sobre uma placa plana quadrada de 30cm de lado a

7,5m/s. A placa é mantida a 65ºc. Calcule o calor perdido pela placa. 3) Ar a 50ºC e 70kN/m² escoa no interior de um tubo de 5cm de diâmetro com

velocidade de 3,6m/s. Calcule o coeficiente de transferência de calor para este escoamento. Admita escoamento plenamente desenvolvido.

4) Água escoa no interior de um tubo de 2,5cm de diâmetro interno com o número

de Reynolds igual a 1500 (regime laminar). A temperatura média de mistura da água é 35ºC. Calcule a velocidade máxima da água no tubo.

5) Um prédio metálico no verão recebe uma brisa leve de 15km/h. A parede do

prédio tem 3,6m de altura e 6m de largura e está a 45ºC. Admitindo que o ar ambiente, a 27ºC e 1 atm, escoe sobre a parede, calcule o calor perdido para o ambiente.

6) O teto de um edifício de 30m por 60m atinge uma temperatura média de 20ºC

quando a temperatura ambiente é de 0ºC, devido à insolação. Calcule o calor perdido pelo teto quando sobre ele sopra uma brisa de 3,5km/h na normal com a maior medida do teto.

7) Ar a 1atm e 35ºC escoa perpendicularmente a um cilindro de 5,0cm de diâmetro

com velocidade de 50m/s. A superfície do cilindro é mantida a 150ºC. Calcule o calor transferido por metro de comprimento do cilindro.

8) Um fio fino com diâmetro de 3,94.10-5m é colocado numa corrente de ar a 1 atm

e 25ºC com velocidade de 50m/s perpendicular ao fio. Uma corrente elétrica passa através do fio, elevando a temperatura da superfície para 50ºC. Calcule o calor perdido por unidade de comprimento do fio.

9) Ar a 1atm e 20ºC escoa através de um feixe de tubos com 15 fileiras

longitudinais e 5 transversais com velocidade de 8m/s medida no escoamento antes do ar entrar no feixe de tubos. As superfícies dos tubos são mantidas a 120ºC por meio de vapor superaquecido. O diâmetro dos tubos é de 01pol e os tubos estão arranjados em linha tal que o espaçamento nas direções normal e paralela ao escoamento é de 1,5pol. Calcule o calor total transferido e a temperatura de saída do ar se o feixe de tubos tem 100pol de comprimento.

10) Uma descarga de água de 0,8kg/s é aquecida de 35 a 40ºC num tubo de 2,5cm de

diâmetro cuja superfície é mantida a 90ºC. Qual deve ser o comprimento do tubo para que seja efetuada esta transferência de calor?

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11) Uma vazão de água de 0,8kg/s a 93ºC escoa pelo interior de um tubo de cobre de

5cm de diâmetro interno. A espessura da parede é 0,8mm. Ar a 15ºC e à pressão atmosférica escoa sobre a superfície externa perpendicularmente ao eixo do tubo com velocidade de 15m/s. Qual o calor transferido por metro de comprimento de tubo?

12) Uma lareira em ferro fundido, montada por meio de parafusos, tem como

dimensões 800mm de largura, 700mm de altura e 300mm de profundidade. A mesma, por necessidade técnica, está colocada entre paredes de tijolos novos de 200mm, fechando 3 paredes laterais (exceto na parede onde há a abertura para a lenha). A queima da madeira em seu interior fornece aproximadamente 14.500(kJ/kg) de energia, elevando a temperatura da face interna das paredes laterais a cerca de 210ºC e a da parede superior a 290ºC. Medindo-se a temperatura externa da parede de tijolos, achou-se 50ºC. As paredes laterais da lareira têm espessura de 15mm e a parede superior (tampa), de 25mm. Assumindo que se queima 4,0kg de madeira no volume interno (câmara de combustão) da lareira a cada 30 minutos, calcular: (a) a energia calorífica fornecida pela queima da lenha em (kcal/h); (b)levando em consideração que a parede superior recebe 2/3 de toda a energia gerada internamente, calcule a temperatura externa da parede superior; (c) a densidade de fluxo (q) e (d) tendo calculado as temperaturas das paredes, calcular a energia calorifica, em (kcal/h), fornecida pelo conjunto ao ambiente se o mesmo está a 15ºC.

13) O anemômetro de fio quente é um instrumento utilizado para medir a velocidade

de uma corrente de fluido. Conforme mostrado na figura abaixo, tal aparelho consiste em um fio metálico fino que é aquecido eletricamente de forma a manter sua temperatura constante quando exposto ao escoamento. Medindo-se a potência elétrica necessária para manter esse fio a temperatura constante, pode-se calcular o calor retirado do fio pelo fluido e, daí, obter a velocidade da corrente. Conforme todo o exposto, responda os itens: (a) escrever a expressão do balanço de energia do fio, considerando sua temperatura constante. Ignore efeitos de radiação e de condução de calor no fio. (b) suponha um fio cilíndrico fino com 6mm de comprimento e 0,10mm de diâmetro, exposto a uma corrente de ar a temperatura de T∞ de 25ºC, e velocidade V∞ de 8m/s. Calcule, então, a potência que deve ser dissipada no fio de forma a manter sua temperatura TW constante e igual a 330ºC. (c) foi proposta a seguinte correlação entre a corrente

elétrica i e a velocidade do fluido V∞: CVBi += ∞2 , onde B e C são

constantes a serem determinadas no processo de calibração do instrumento. Esta expressão sugere que, mesmo na ausência de velocidade, pode haver transferência de calor. Explique o porquê.

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14) Admitindo que um ser humano possa ser considerado como um cilindro vertical

de 0,3m de diâmetro e 1,8m de altura, estime o calor perdido por convecção natural para uma temperatura superficial de 25ºC e uma temperatura ambiente de 19ºC.

15) Um pequeno aquecedor horizontal tem o formato de um disco circular de 3cm

de diâmetro. O disco é mantido a 50ºC e está em contato com ar atmosférico a 30ºC. Calcule o calor perdido.