PP Cap1. B

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EQUI037-Fenômenos de transporte 2 
Professora Karla Miranda Barcellos 
Curso de Engenharia Química - UFAL 
 
Capítulo 1 – Introdução 
1. Ar a 40ºC escoa sobre um longo cilindro, com 25 mm de diâmetro, que possui um aquecedor elétrico no seu 
interior. Foram efetuadas medidas da potência por unidade de comprimento, P’, necessária para manter a 
temperatura da superfície de cilindro em 300ºC para diferentes velocidades V da corrente de ar. As medidas 
foram feitas em uma determinada posição afastada da superfície do cilindro. Os resultados obtidos da 
bateria de testes são os seguintes: 
 
Velocidade do ar, V (m/s) 1 2 4 8 12 
Potência, P’ (W/m) 450 658 983 1507 1963 
 
a- Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção para cada velocidade e apresente 
graficamente os seus resultados 
b- Supondo que o coeficiente convectivo dependa da velocidade de escoamento do ar e de acordo com 
uma relação do tipo h= C Vn , determine os parâmetros C e n a partir dos resultados da parte (a). Utilize 
planilha excel. 
2. Um aquecedor elétrico encontra-se no interior de um longo cilindro de diâmetro igual a 30mm. Quando 
água, a uma temperatura de 25ºC e velocidade de 1m/s, escoa perpendicularmente ao cilindro, a potência 
por unidade de comprimento necessária para manter a superfície do cilindro a uma temperatura uniforme 
de 90ºC é de 28kW/m. Quando ar, também a 25ºC, mas a uma velocidade de 10m/s está escoando, a 
potência por unidade de comprimento necessária para manter a mesma temperatura superficial é de 
400W/m. Calcule e compare os coeficientes de transferência de calor por convecção para os escoamentos 
da água e do ar. 
3. Um capacitor de 10mm de comprimento e diâmetro 12mm não pode ter sua temperatura superficial 
superior a 85ºC, para isto ar a 25ºC e a uma velocidade que garanta um coeficiente de convecção médio de 
100W/(m² K) é lançado sobre este capacitor, qual é a dissipação de potência máxima admissível neste 
capacitor para estas condições do ar. 
4. Um aquecedor elétrico de 200mm de comprimento e diâmetro 20mm, dissipa em condições normais de 
operação 2kW quando submerso em uma corrente de água a 20ºC onde o coeficiente de transferência de 
calor por convecção é 5000 W/(m²K). Desprezando a dissipação de calor nas extremidades do aquecedor, 
determine a temperatura superficial Ts. Se o escoamento da água for inadvertidamente eliminado e o 
aquecedor permanecer em operação, sua superfície fica exposta ao ar, que também se encontra a 20ºC, mas 
o coeficiente de transmissão de calor é bem menor igual a 50 W/(m²K). Qual é a temperatura superficial 
neste caso? Quais as consequências deste fato?. 
5. Uma linha de vapor d’água (tubulação industrial suspensa) não isolada termicamente, com 25m de 
comprimento e 100mm de diâmetro , conduz vapor pressurizado obtido numa caldeira, através de um local 
cujas paredes e o ar ambiente estão a 25ºC. O vapor pressurizado mantém a temperatura da superfície 
desta linha a 150ºC. Considerando o coeficiente de transferência de calor por convecção natural entre a 
tubulação e o ambiente de 10W/(m²K) e emissividade da superfície 0,8, determine: 
a. A taxa de perda de calor na linha de vapor? 
b. Sendo o vapor gerado em uma caldeira à gás natural , operando com uma eficiência de 90% e que 
este gás é fornecido ao custo de 0,02R$/MJ, qual é o custo anual da perda de calor na linha? 
6. Vários chips quadrados de 15mm estão montados em um equipamento localizado numa câmara onde as 
paredes e o ar interior são mantidos à temperatura de 25ºC. A emissividade do chip é 0,6 e a temperatura 
máxima que ele pode atingir é de 85ºC. Considerando o calor dissipado por radiação e convecção natural 
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Professora Karla Miranda Barcellos 
Curso de Engenharia Química - UFAL 
determine a potência operacional máxima de cada chip, sendo que o coeficiente de convectivo, h, depende 
da diferença das temperaturas da superfície do chip e do ar e pode ser aproximada por uma relação do tipo 
 h=C(Ts-Tviz)1/4 , onde C=4,2 W/(m²K5/4). Considere agora que um ventilador é usado para manter o ar no 
interior da câmara em movimento e a transferência de calor for por convecção forçada com h= 250W/(m²K), 
qual é a potência operacional máxima? 
7. A parede de um forno utilizado para tratar peças plásticas possui uma espessura de 0,05m e a sua superfície 
externa está exposta ao ar e a uma grande vizinhança. O ar e a vizinhança encontram-se a 300K. 
Considerando a temperatura da superfície externa igual a 400K, e o seu coeficiente convectivo e 
emissividade iguais a 20W/(m²K) e 0,8, respectivamente, qual é a temperatura da superfície interna, se a 
parede possuir condutividade térmica igual 0,7 W/(m.K)? 
8. Para aquecimento de um ambiente é usado um duto retangular suspenso a partir do teto deste ambiente, 
cujas temperaturas de paredes e do ar estão a T∞ = Tviz=5ºC. O duto tem um comprimento de 15m e a sua 
seção reta é de 350mm x 200mm. 
a. Se o duto retangular não estiver isolado e sua temperatura superficial média é de 50ºC, estime a 
taxa de perda de calor do duto. A emissividade e o coeficiente convectivo na superfície são de 
aproximadamente 0,5 e 4 W/(m²K) respectivamente. 
b. Determine a temperatura de saída do fluido que escoa no interior do duto, com a perda de calor 
correspondente à determinada na letra a, sabendo que o fluido entra à temperatura de 58ºC, a uma 
velocidade de 4m/s, suas propriedades físicas, massa específica e calor específico podem ser 
considerados iguais ρ= 1,1 kg/m³ e cp=1008 J/(kgK), respectivamente. 
9. Seja 3m² de um coletor solar plano com uma cobertura de vidro usado para aquecer água recebendo em um 
dia ensolarado o fluxo solar de 700W/m², sendo que 90% desta radiação atravessa a cobertura de vidro e é 
absorvido pela placa absorvedora os outros 10% são refletidos e perdidos. A água escoa através de tubos 
presos no lado inferior da placa absorvedora e é aquecida da temperatura de entrada até uma temperatura 
de saída. A cobertura de vidro, é mantida nestas condições a uma temperatura média de 30ºC, tem uma 
emissividade de 0,94 e troca calor por radiação com o céu a -10ºC. O coeficiente convectivo entre a 
cobertura de vidro e o ar ambiente, a 25ºC é de 10W/(m²K). 
a. Faça um balanço global de energia no coletor para obter uma expressão para a taxa na qual o calor 
útil é coletado por unidade de área do coletor q”útil. Determine o valor de q”útil. 
b. Calcule o aumento de temperatura da água (Tsai-Tent), se a vazão for de 0,01kg/s. Admita que o 
calor específico da água seja 4179 J/(kgK). 
c. Determine a eficiência do coletor ɳ que é definida como a razão entre o calor útil coletado e a taxa 
na qual a energia solar incide no coletor.