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Exercícios resolvidos de convecção em escoamento externo

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7.1 – Escoamento de óleo quente sobre placa plana
Óleo de motor a 60 °C escoa ao longo da superfície superior de uma placa plana de 5 m de comprimento cuja temperatura é 20 °C, com velocidade de 2 m/s (Fig. abaixo). Determine a força total de arrasto e a taxa de transferência de calor por unidade de largura de placa.


7.2 Descongelamento de gelo fino do para-brisa de um automóvel
Para descongelar o gelo fino acumulado na superfície externa do para-brisa de um automóvel, ar quente é soprado sobre a superfície interna do para-brisa. Considere um para-brisa de automóvel (kw = 1,4 W/m٠K) com altura total de 0,5 m e espessura de 5 mm (Fig. abaixo). O ar externo (1 atm) à temperatura ambiente é -20 °C, e a velocidade média do fluxo de ar sobre a superfície externa do para-brisa é 80 km/h, enquanto a temperatura ambiente no interior do automóvel é 25 °C. Determine o valor do coeficiente de transferência de calor por convecção para o ar quente soprado sobre a superfície interna do para-brisa, necessário para derreter o gelo fino acumulado. Considere a superfície do para-brisa como uma placa plana.


7.3 – Resfriamento de folhas plásticas com ar forçado
A seção de produção de uma fábrica de plásticos coloca uma folha continua de plástico de 1,2 m de largura e 0,1 cm de espessura a uma velocidade de 9 m/min. A temperatura da folha de plástico é 95 °C quando exposta ao ar circundante, e a seção de 0,6 m de comprimento da folha de plástico é submetida ao fluxo de ar a 25 °C e velocidade de 3 m/s em ambos os lados ao longo de suas superfícies normais à direção do movimento da folha, como mostrado na Fig.7–15. Determine (a) a taxa de transferência de calor da folha de plástico para o ar por convecção forçada e radiação e (b) a temperatura da folha de plástico no final da seção de resfriamento. Considere a densidade, o calor especifico e a emissividade da folha de plástico como r = 1.200 kg/m3, cp = 1,7 kJ / kg٠°C, e ε = 0,9.


7.4 – Força de arrasto agindo sobre um tubo em um rio.
Um tubo de 2,2 cm de diâmetro externo atravessa a distância de 30 m de um rio completamente imerso na água (Fig. abaixo). A velocidade média do escoamento de água é 4 m/s, e a temperatura da água é 15 °C. Determine a força de arrasto exercida sobre o tubo.


7.5 Perda de calor a partir do tubo de vapor para ar ventoso
Um longo tubo de vapor de 10 cm de diâmetro, cuja temperatura da superfície externa é 110 °C, está localizado em uma área aberta sem proteção contra vento (Fig. 7–23). Determine a taxa de perda de calor do tubo por unidade de comprimento quando o ar está a 1 atm de pressão e 10 °C e o vento está́ soprando sobre o tubo com velocidade de 8 m/s.


7.6 Resfriamento de uma bola de aço por ar forçado
Uma bola de aço inoxidável (r = 8.055 kg/m3, cp = 480 J/kg٠K) de 25 cm de diâ- metro é retirada do forno a uma temperatura uniforme de 300 °C (Fig. abaixo). A bola é então resfriada por ar a 1 atm de pressão e 25 °C com velocidade de 3 m/s. A temperatura da superfície da bola finalmente cai para 200 °C. Determine o coeficiente médio de transferência de calor por convecção durante esse processo de resfriamento e estime quanto tempo levará o processo.


7.7 Preaquecimento do ar pela energia geotérmica da água em banco de tubos
Em uma instalação industrial, o ar deve ser aquecido antes de entrar no forno por energia geotérmica da água a 120 °C fluindo através dos tubos de um banco de tubos localizado em um duto. O ar entra no duto a 20 °C e 1 atm a uma velocidade média de 4,5 m/s e escoa sobre os tubos na direção normal. O diâmetro externo dos tubos é de 1,5 cm e eles estão dispostos no arranjo em linha com passos longitudinal e transversal SL = ST = 5 cm. Há seis fileiras na direção do escoamento com dez tubos em cada uma, como mostrado na Fig. abaixo. Determine a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento dos tubos e a queda de pressão em todo o banco de tubos.


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Durante uma expedição científica à Amazônia, os pesquisadores transportam amostras biológicas em uma caixa térmica altamente isolada. No interior d...

Dentro de um forno de uma indústria de cerâmicos circula gás a 1399℃ com velocidade de 0,5m/s e com coeficiente de transferência de calor por conve...

Os trocadores de calor de superfície raspada são similares aos trocadores de duplo tubo. Seu diferencial está no eixo rotativo no centro do tubo in...

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7.2 Descongelamento de gelo fino do para-brisa de um automóvel
Para descongelar o gelo fino acumulado na superfície externa do para-brisa de um automóvel, ar quente é soprado sobre a superfície interna do para-brisa. Considere um para-brisa de automóvel (kw = 1,4 W/m٠K) com altura total de 0,5 m e espessura de 5 mm (Fig. abaixo). O ar externo (1 atm) à temperatura ambiente é -20 °C, e a velocidade média do fluxo de ar sobre a superfície externa do para-brisa é 80 km/h, enquanto a temperatura ambiente no interior do automóvel é 25 °C. Determine o valor do coeficiente de transferência de calor por convecção para o ar quente soprado sobre a superfície interna do para-brisa, necessário para derreter o gelo fino acumulado. Considere a superfície do para-brisa como uma placa plana.


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