Problemas de Transferência de Calor

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Lista de Exercícios 2 – Área 1 
22..11)) Um aquecedor elétrico de ar é constituído por uma conjunto horizontal de finas tiras metálicas que possuem, 
cada uma, 10 mm de comprimento na direção do escoamento de ar, que é paralelo à superfície superior das tiras. 
Cada tira possui 0,2 m de largura, e 25 tiras estão posicionadas lado a lado, formando uma superfície lisa e contínua 
sobre a qual o ar escoa a uma velocidade de 2 m/s. Durante a operação, cada tira é mantida a uma temperatura de 
500 °C, enquanto o ar encontra-se a 25 °C. Qual é a taxa de transferência de calor por convecção na primeira, na 
quinta e na décima tira ? 
(Resp.: q1 = 51,1 W; q5 = 12,2 W; q10 = 8,3 W) 
22..22)) Uma tubulação circular, com diâmetro externo de 25 mm, é colocada em uma corrente da ar que se encontra a 
uma temperatura de 25 °C e a uma pressão de 1 atm. O ar se move em escoamento cruzado sobre a tubulação com 
uma velocidade de 15 m/s, enquanto a superfície externa da tubulação é mantida a 100 °C. Determine a taxa da 
transferência de calor na tubulação por unidade de comprimento? 
(Resp.: h = 88 W/m2.K; q = 520 W) 
22..33)) Um recipiente que contém água é colocado em túnel de vento onde fica exposto a um vento de 7 m/s. A 
profundidade da água no recipiente, que é bastante largo e possui 4 m de comprimento na direção do vento, é 
uniforme e igual a 1 cm. A água no recipiente está a uma temperatura constante de 292 K e a pressão total do 
sistema é de 1,013.105 Pa. Nestas condições, a pressão de vapor da água é de 2000 Pa, a difusividade mássica da água 
no ar é de 2,5.10-5 m2/s e a viscosidade cinemática do ar é de 1,5.10-5 m2/s. Determine o tempo necessário para 
evaporar toda a água do recipiente se o ar que escoa está seco. (Resp.: t = 12 horas). 
22..44)) Uma fina chapa quadrada de naftaleno de 1 m2 está orientada paralelamente a uma corrente de ar que escoa a 
20 m/s. O ar está a 310 K e 1,013.105 Pa, enquanto o naftaleno permanece a 290 K. A 290 K, a difusividade do 
naftaleno no ar é de 5,61.10-6 m2/s e a sua pressão de vapor é de 26 Pa. Determine: (a) o valor do coeficiente de 
transferência de massa em um ponto a 0,3 m da borda frontal da placa; (b) os gmols de naftaleno perdidos por hora 
da seção da chapa que está entre 0,5 m e 0,75 m da borda frontal da placa. ). (Resp.: kc = 5,39 x 10-3 m/s e WA = 0,19 
gmol/hora). 
22..55)) Uma bola de naftaleno de 2 cm de diâmetro é suspensa em um duto de ar. Estime a taxa molar (em kgmol/s) de 
transferência de massa instantâneo para duas situações distintas: (a) se o ar está parado a 290 K e 1,013.105 Pa 
(neste caso, a transferência de massa é por difusão apenas e vocês deve usar o que aprendeu em TCM I) e, b) se ar 
escoa a uma velocidade de 1,75 m/s e está a 290 K e 1,013.105 Pa. A pressão de vapor do naftaleno a 290 K é de 26 
Pa. (Resp.: WA = 1,52 x 10-11 kgmol/s e WA = 1,77 x 10-10 kgmol/s). 
 
22..66)) Ar seco, a uma pressão de 1 atm e a uma velocidade de 15 m/s, deve ser umedecido pela sua passagem em 
escoamento cruzado sobre um cilindro poroso com diâmetro de 40 mm, que se encontra saturado com água. 
Considerando que a água e o ar estejam a 300 K, calcule a taxa mássica de evaporação da água sob condições de 
regime estacionário na superfície do cilindro, por unidade de comprimento. (Resp.: wA = 2,27 x 10-4 kg/s). 
22..77)) A umidade do ar pode ser controlada pela pulverização de gotas de água em uma corrente de ar. Considere gotas 
com diâmetro de 3 mm em uma corrente de ar com velocidade relativa de 5 m/s. Se a temperatura das gotas e do ar 
é de 25 ºC e 35°C, respectivamente, qual é a taxa de evaporação em uma única gota ? (Resp.: wa = 9,43 x 10-8 kg/s). 
22..88)) Ar deve ser aquecido passando-o através de uma banco de tubos que têm 3 m de comprimento, no interior dos 
quais ocorre condensação de vapor d´água a 100 °C. O ar entra no sistema a 20 °C e 1 atm a uma velocidade média de 
5,2 m/s e escoa sobre os tubos na direção normal. O diâmetro externo dos tubos é de 1,6 cm e eles são dispostos em 
um arranjo alternado com passos longitudinal e transversal SL = ST = 4 cm. Há 20 fileiras na direção do escoamento 
com 10 tubos em cada uma. Determinar a taxa de transferência de calor trocada neste sistema. Como uma primeira 
aproximação, considere que o ar sofre um aquecimento de 20 °C e depois verifique esta hipótese. (Resp.: q= 223,7 
kW)