Lista de Exercícios 3 Minas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ 
Faculdade de Engenharia de Minas e Meio Ambiente 
Engenharia Elétrica 
Disciplina: Fenômenos de Transporte 
PROFESSOR: Daniel Saturnino 
Terceira Lista de Exercícios – Transferência de Calor 
 
1 – Um tubo de aço com um diâmetro interno de 1.88 cm e uma parede com espessura 
de 0.391 cm está sujeito a uma temperatura superficial interna e externa de 367 e 344 K, 
respectivamente. Encontre a taxa de transferência de calor por metro de comprimento 
do tubo, e também o fluxo de calor baseado em ambas áreas superficiais (interna e 
externa). 
 
 
2 – Vapor saturado a 0.276 MPa e 404 K escoa dentro de um tubo de aço (k = 42.9 
W/m*K) com diâmetro interno de 2.09 cm e diâmetro externo de 2.67 cm. Os 
coeficientes convectivos das superfícies interna e externa do tubo podem ser 
considerados iguais a 5680 e 22,7 W/m
2
*K, respectivamente. O ar da vizinhança está a 
294 K. Encontre a perda de calor por metro de tubulação não isolada e para uma 
tubulação com isolamento de 3.8 cm de espessura composto de 85% magnésia (k = 
0.0675 W/m*K) na superfície externa. 
Considere na situação do tubo sem isolamento que existem três resistências térmicas: 
R1 = Rconvecção interna = 1/(hiAi) 
R2 = Rconvecção externa = 1/(hoAo) 
R3 = Rcondução = ln(ro/ri)/(2πkL) 
 
3 – Um tubo longo de vapor com raio externo r2 é coberto com isolante térmico com um 
diâmetro externo r3. A temperatura da superfície externa do tubo, T2, e a temperatura do 
ar na vizinhança, T1, são fixas. A perda de energia por unidade de área da superfície 
externa do isolante é descrita pela lei de Newton: 
qr /A = h(T3 - T∞) 
Poderia a perda de energia aumentar com a espessura do isolante? Se tal situação é 
possível, sob quais condições isto iria acontecer? 
 
4 – Água e ar estão separados por uma parede plana de aço (k = 42.9 W/m*K). É 
proposto aumentar a taxa de transferência de calor entre estes fluidos adicionando aletas 
retangulares de 1.27 mm de espessura e 2.5 cm de comprimento, espaçadas de 1.27 cm. 
Os coeficientes de transferência de calor do lado do ar e do lado da água podem ser 
considerados constantes com valores de 11.4 e 256 W/m
2
*K respectivamente. 
Determine a variação percentual na transferência de calor total quando as aletas são 
colocadas no (a) lado da água, (b) lado do ar, e (c) ambos os lados. Considere as 
eficiências das aletas ηar = 0.95 e ηágua = 0.55 e que a diferença de temperatura entre o 
metal e o ar dado por ΔTar e entre o metal e água por ΔTH2O. 
 
5 – Um trocador de calor compacto de contracorrente tem uma área superficial de 200 
m
2
. O trocador é usado para pré-aquecer a corrente de ar que entra no queimador de 
uma turbina a gás usando os gases de combustão que deixam esta turbina a gás. O ar 
entra a 10°C e os gases de combustão entram na unidade a 190°C. Os fluidos de vazão 
mássica de 1,6 kg/s, não são misturados enquanto passam pelo trocador. O coeficiente 
global de transferência de calor vale 30 W/m
2°C. Deseja-se estimar a temperatura dos 
gases (ar e combustão) que deixam o trocador de calor. Assuma: o calor específico dos 
gases a 100°C é Cp = 1001,13 J/kg°C e as capacidades térmicas dos fluidos são iguais. 
 
6 – Um composto químico (Cp = 1800 J/kg°C) aquecido por água (Cp = 4180 J/kg°C) 
num trocador de tubo duplo com fluxo paralelo. O composto químico entra a uma 
temperatura de 20°C e escoa com um fluxo de 3 kg/s e água entra a 110°C e escoa com 
um fluxo de 2 kg/s. A área de troca de calor de 7 m
2
 e o coeficiente global de 
transferência de calor de 1200 W/m
2
. Determine as temperaturas de saída dos fluidos. 
 
7 – Ar (Cp = 1010 J/kg°C) é usado para aquecer água (Cp = 4180 J/kg°C) num trocador 
de calor de fluxo cruzado com efetividade de 0,65. As temperaturas de entrada do ar e 
da água são 20 e 100°C respectivamente. Os fluxos mássicos da água e do ar são de 4 e 
9 kg/s respectivamente. Se o coeficiente global de transferência de calor for de 260 
W/m°C no lado da água. Determine a área de transferência de calor no lado da água 
sabendo que os fluidos não se misturam.