5. Conveccao de calor

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Curso: Engenharia de Energias e Meio Ambiente 
Prof(a): Andréa Pereira 
Assunto: Convecção de Calor 
 
 
1. Durante o fluxo de ar a 𝑇∞ = 20°𝐶 sobre a 
superficie de uma placa mantida uma 
temperatura constante de 𝑇𝑠 = 160°𝐶, o 
perfil de temperatura adimensional dentro 
da camada de ar sobre a placa está 
determinado para ser 
 
𝑇(𝑦) − 𝑇∞
𝑇𝑠 − 𝑇∞
= 𝑒−𝑎𝑦 
 
Onde a = 3200 m-¹ e y é a distância vertical 
medida a partir da superficie da placa em 
metros (Figura abaixo). Determine o fluxo 
de calor na superficie da placa e o 
coeficiente de transferência de calor por 
convecção. 
Dado: k = 0,03024 W/m.K 
 
 
 
2. Uma placa plana de 2m x 3m é suspensa em 
uma sala e submetida a escoamento de ar 
paralelo em sua superficie, ao longo do lado 
de 3m de comprimento. A temperatura e a 
velocidade do escoamento livre do ar são 
20°C e 7 m/s. A força de arrasto total agindo 
na placa é medido como 0,86 N. Determine 
o coeficiente médio de transferência de calor 
por convecção para a placa. 
 
 
Dados: 
𝜌 = 1,2 𝑘𝑔/𝑚³ 
𝑐𝑝 = 1 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝐾 
𝑃𝑟 = 0,73 
 
 
 
3. Durante o resfriamento a ar de laranjas, uvas 
e tangerinas, o coeficiente combinado de 
transferência de calor por convecção, 
radiação e evaporação para velocidades do 
ar de 0,11 < V < 0,33 m/s é determinado 
experimentalmente e expresso como ℎ =
 5,05 𝑘𝑎𝑟 𝑅𝑒
1/3/𝐷, onde o diâmetro D é o 
comprimento característico. 
As laranjas são resfriadas com ar refrigerado 
a 3°C e 1 atm a velocidade de 0,3 m/s. 
Determine: 
 
 
Dado: 𝜈 = 1,426 10−5 𝑚2/𝑠 
𝑘𝑎𝑟 = 0,02439 𝑊/𝑚 °𝐶 
 
a) A taxa inicial de transferência de calor a 
partir de uma laranja de 7 cm de 
diâmetro, inicialmente a 15°C, com 
condutividade térmica de 0,70 W/mK°C. 
b) O valor inicial do gradiente de 
temperatura na superficie interna da 
laranja. 
c) Valor do número de Nusselt. 
 
4. Água, a 50 °F, entra em um tubo de trocador 
de calor, tendo um diâmetro interno de 1 in 
e um comprimento de 10 ft. A água escoa a 
20 galões/min. Para uma temperatura 
constante da parede igual a 210 °F, estime a 
temperatura de saída da água, usando: 
a) Analogia de Reynolds 
b) Analogia de Colburn 
c) Analogia de Prandtl 
d) Analogia de von Kármán 
 
Dados: 𝐶𝑓 = 0,0042 𝑒 Pr = 2,72 
 
 
5. Você realizou uma série de experimentos 
para formular uma correlação para o 
coeficiente de transferência de calor 
convectivo, mostrado a seguir. Compare 
seus resultados com a correlação disponível 
na literatura: 
𝑁𝑢𝐷 = 0,82 𝑃𝑟
1/3𝑅𝑒𝐷
0,4 
 
Dados: 
𝐾 = 0,0249 𝑊/𝑚𝐾 
𝜈 = 20,2 10−6 𝑚2/𝑠 
𝛼 = 0,204 10−4 𝑚2/𝑠 
 
 
A seguir, suponha que há um fluxo de vapor a 
1 atm e 100°C através de um tubo de 5 cm de 
diâmetro externo a uma velocidade de 1 m/s. 
Calcule: 
a) O coeficiente de transferência de calor 
b) Taxa de transferência de calor por 
metro linear de tubo, caso ele esteja a 
uma temperatura de 200°C 
c) Compare os resultados com a 
correlação disponível na literatura