QM35C_TRANSFERENCIA_DE_CALOR_LISTA_EXERC

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QM35C - TRANSFERÊNCIA DE CALOR
LISTA EXERCÍCIOS 2
Prof. Priscilla Leite
Condução Transiente
5.5 Bolas de aço com 12 mm de diâmetro são temperadas pelo aquecimento a 1150 K seguido pelo resfriamento lento até 400 K em um ambiente com ar a e . Supondo que as propriedades do aço sejam , estime o tempo necessário para o processo de resfriamento. 
5.7 O coeficiente de transferência de calor para o ar escoando sobre uma esfera deve ser determinado pela observação do comportamento dinâmico da temperatura de uma esfera, que é fabricada em cobre puro. A esfera, que possui 12,7 mm de diâmetro, encontra-se a 66°C antes de ser inserida em uma corrente de ar que tem a temperatura de 27°C. Um termopar sobre a superfície externa indica 55°C após 69s da inserção da esfera na corrente de ar. Admita, e então justifique, que a esfera se comporta com um objeto espacialmente isotérmico e calcule o coeficiente de transferência de calor. 
5.37 Têmpera é um processo no qual o aço é reaquecido e, então, resfriado para ficar menos quebradiço. Seja o estágio de reaquecimento para uma placa de aço com 100 mm de espessura que está inicialmente a uma temperatura uniforme e deve ser aquecida a uma temperatura máxima de 55°C. O aquecimento é efetuado em um forno de fogo direto, onde produtos de combustão a mantêm um coeficiente de transferência de calor de em ambas as superfícies da placa. Quanto tempo a placa deve ser deixada no forno?
5.39 A parede, com 150 mm de espessura, de um forno a fogo direto é construída com tijolos de argila refratária e está isolada em sua superfície externa. A parede está a uma temperatura inicial uniforme de 20°C, quando os queimadores são acesos e a superfície interna é exposta aos produtos de combustão para os quais Quanto tempo demora para a superfície externa da parede atingir a temperatura de 750°C?
5.48 Um longo bastão cilíndrico, com 60 mm de diâmetro e propriedades termofísicas iguais a encontra-se inicialmente a uma temperatura uniforme e é aquecido em um forno de convecção forçada mantido a 750 K. O coeficiente de transferência de calor por convecção é estimado igual a . Qual é a temperatura no eixo central do bastão quando a sua temperatura na superfície é de 550 K?
5.49 Um cilindro comprido com 30 mm de diâmetro, inicialmente a uma temperatura uniforme de 1000 K, é subitamente resfriado pela imersão em um grande banho de óleo que se encontra a uma temperatura constante de 350 K. As propriedades do cilindro são enquanto o coeficiente convectivo é de . Calcule o tempo necessário para a superfície do cilindro atingir 500 K. 
5.59 Bilhas de aço inoxidável (AISI 304), que foram aquecidas uniformemente até 850°C, são endurecidas pelo resfriamento em um banho de óleo mantido a 40°C. O diâmetro de cada esfera é de 20 mm e o coeficiente convectivo associado ao banho de óleo é de 
a) Se o resfriamento deve prosseguir até que a temperatura superficial das esferas atinja 100°C, quanto tempo devem as esferas permanecer imersas no banho de óleo? Qual a temperatura no centro das esferas no instante da conclusão do período de resfriamento. 
b) Se 10.000 bilhas devem ser resfriadas a cada hora, qual é a taxa na qual a energia deve ser removida pelo sistema de resfriamento do banho de óleo de modo a mantê-lo à temperatura de 40°C?
5.60 Uma esfera de 30 mm de diâmetro inicialmente a 800 K é resfriada em um grande banho, mantido a um temperatura constante de 320 K e com um coeficiente de transferência de calor por convecção de . As propriedades termofísicas do material da esfera são: 
b) Calcule o tempo necessário para a superfície da esfera atingir a temperatura de 415 K. 
c) Determine o fluxo térmico na superfície externa da esfera no instante determinado na parte b). 
d) Determine a energia (J) que foi perdida pela esfera durante o processo de resfriamento até sua temperatura na superfície atingir 415 K. 
Convecção
Incropera
7.16 Considere uma aleta retangular que é usada para resfriar motor de uma motocicleta. A aleta possui 0,15 m de comprimento e está a uma temperatura de 250°C, quando a motocicleta desloca-se a uma velocidade de 80 km/h em ar de 27°C. O ar encontra-se em escoamento paralelo as superfícies da aleta e condições de escoamento turbulento podem ser admitidas ao logo de toda superfície. Qual é a taxa de remoção de calor por unidade de largura da aleta?
7.33 Ar, a 27°C e com velocidade na corrente livre de 10 m/s, é usado para resfriar componentes eletrônicos montados sobre uma placa de circuito impresso. Cada componente, com 4 mm por 4 mm, dissipa 40 mW, que são removidos pela superfície superior dos componentes. Um gerador de turbulência está localizado na aresta frontal da placa, fazendo com que a camada limite seja turbulenta.
a) Estime a temperatura da superfície do quarto componente, localizado a 15 mm da aresta frontal da placa. 
7.41 Considere os fluidos a seguir, cada um com uma velocidade de v= 5 m/s e uma temperatura de , em escoamento cruzado sobre um cilindro com 10 mm de diâmetro, mantido a 50°C: ar atmosférico, água saturada e óleo de motor.
a) Calcule a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento do cilindro, q’, usando a correlação de Churchill-Bernstein.
Çengel
7.15 O óleo de um motor a 80°C escoa sobre uma placa plana de 12 m de comprimento a uma temperatura de 30°C, com velocidade de 2,5 m/s. Determine a força total de arrasto e a taxa de transferência de calor ao longo da placa por unidade de largura. 
7.17 Durante um dia frio de inverno, o vento está soprando a 42 km/h, paralelo à parede de uma casa de 6 m de altura e 10 m de comprimento. Considerando que o ar externo está a 5°C e a temperatura da superfície da parede é 12°C, determine a taxa de perda de calor por convecção dessa parede. Qual seria sua resposta se a velocidade do vento fosse duplicada?
Resposta: 10,8kW, 19,4kW.
7.20 Água a 43,3°C escoa sobre uma grande placa, na velocidade de 30,0 cm/s. A placa tem 1,0 de comprimento (na direção do escoamento), e sua superfície é mantida a uma temperatura uniforme de 10,0°C. Calcule a taxa permanente de transferência de calor por unidade de largura da placa. 
7.21 O dióxido de carbono quente dos gases de escapamento (a 1 atm) está sendo resfriado por meio de placas. O gás a 220°C está escoando paralelamente ao longo das superfícies superior e inferior de uma placa plana de 1,5 m de comprimento a uma velocidade de 3 m/s. Considerando que a temperatura da superfície plana da placa é mantida a 80°C, determine:
a) O coeficiente local de transferência de calor por convecção a 1 m a partir do bordo de ataque.
b) O coeficiente médio de transferência de calor por convecção sobre a placa inteira.
c) Fluxo de transferência de calor total da chapa. 
Respostas:
5.5 t=1122,2 s (18,7 min ou 0,32h)
5.7 h=35,3 W/(m2K)
5.37 t=865 s
5.39 t=33813 ou 9,39 h
5.48 To=488,6 K
5.49 t=2,43 min
5.59 t=42,06 s
5.60 b) t=72 s
c) q’’=7125 W/m2
d) E=3352,75 J
7.16 q’=5832,34 W/m
7.33 Ts=63,89°C =64°C
7.41 ar atmosférico: q’=70,31 W/m
Água saturada: q’=20426,3 W/m
Óleo de motor: q’=1591,67 W/m
7.15 q’=27,21 Kw/m
7.17 10,8Kw
19,4Kw
7.20 q’= 14428,55W/m
7.21 a) hx=3,37 W/(m2K)
b) h=5,5 W/(m2K)
c) q’=2310 W/m
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