6 Lista Escoamento interno e convecção natural

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DOS ALIMENTOS
Transferência de Calor e Massa
6ª Lista de Exercícios 
Transferência de calor por convecção
Professora: Bruna de Souza Nascimento
Parte I - Convecção Forçada: Escoamento interno
Água entra a uma vazão mássica de 0,01 kg/s e a 10ºC em um tubo de 0,02m de diâmetro interno, onde é aquecida a 40ºC. A parte externa do tubo está envolta por um elemento de aquecimento elétrico isolado que produz um fluxo de calor uniforme de 15 kW/m2 sobre a superfície. Desprezando os efeitos de entrada, ou seja, considerando que a região de entrada é curta o suficiente a ponto de poder se considerar que todo o escoamento se encontra na região térmica completamente desenvolvida, determine o que é pedido nos itens a seguir:
O número de Reynolds; Resposta: 715,66
O coeficiente convectivo de transferência de calor; e Resposta: 133,07 W/m2°C
A temperatura da superfície do tubo na saída. Resposta: 152,63ºC
Ar quente a 80ºC entra em um tubo de 10 m de comprimento e de seção transversal quadrada de 0,15 m x 0,15 m, que passa através do sótão de uma casa a uma vazão volumétrica de 0,2 m3/s. As paredes do duto permanecem a uma temperatura praticamente constante igual a 10ºC. Determine a temperatura do ar na saída e a taxa de perda de calor a partir do duto para o espaço de ar no sótão. Para calcular a Tm estime que a temperatura de saída seja igual 40ºC. Resposta: Tmsaída = 40,3ºC; q = 8486,4 W.
Água entra em um tubo de cobre de 2,5 cm de diâmetro interno de um trocador de calor a 15°C, com vazão mássica de 0,3 kg/s, e é aquecida pela condensação de vapor a 120°C do lado de fora. Considerando que o coeficiente médio de transferência de calor é de 800W/m2.K, determine o comprimento do tubo necessário para aquecer a água até 115°C. Resposta: L = 60,89m.
Água deve ser aquecida de 15ºC para 65ºC, à medida que escoa através de um tubo de 3 cm de diâmetro interno e 5 m de comprimento. O tubo está equipado com um aquecedor de resistência elétrica que fornece aquecimento uniforme em toda sua superfície. A superfície externa do aquecedor está bem isolada, de modo que, em regime permanente, todo o calor gerado pelo aquecedor é transferido para a água do tubo. Considerando que o sistema fornece água quente a uma taxa de 10 L/min, determine a potência do aquecedor. Além disso, estime a temperatura da superfície interna do tubo de saída. Resposta: P = q = 34530,8W; Ts = 115,27°C.
Ar quente a pressão atmosférica entra a 80°C e uma vazão de 0,15m3/s em um duto não isolado de 8 m de comprimento, e de seção transversal quadrada com arestas de 20 cm. Este duto passar através do sótão de uma casa e sua superfície pode ser considerada isotérmica, com temperatura de 60ºC. Determine a temperatura do ar na saída e a taxa de perda de calor do duto para o sótão. Para calcular a Tm estime que a temperatura de saída seja igual 70ºC. Resposta: Tmsaída = 71,22°C; q = -1329,96W.
Ar a 10°C entra em um tubo de 12 cm de diâmetro e 5m de comprimento a uma vazão mássica de 0,065 kg/s. A superfície interna do tubo tem rugosidade de 0,22mm, e o tubo é quase isotérmico (Ts = 50°C). Determine a taxa de transferência de calor nesse sistema. Para calcular Tm estime que a temperatura de saída seja igual a 30ºC. Resposta: 1248,16 W.
Parte II – Convecção Natural
Considere uma placa plana de 0,6 m por 0,6 m em um quarto que se encontra a uma temperatura de 30º C. Um lado da placa é mantida a uma temperatura de 90ºC , enquanto o outro lado é isolado , como mostrado na Figura abaixo . Determinar a taxa de transferência de calor a partir da placa por convecção natural , se a placa é:
a ) vertical, (Resposta: 115W)
b ) horizontal com a superfície quente virado para cima , e (Resposta: 128W) 
 c ) horizontal com a superfície quente virado para baixo. (Resposta: 64,2W) 
Determine o coeficiente convectivo de uma lata de refrigerante que se encontra a 3 ºC quando a temperatura do ar é de 25 ºC. As dimensões da lata são: 6 cm diâmetro x 12.5 cm altura. Resposta: 4,5 W/m2 ºC (a resposta está dada tomando Tm = 300K).