Fenômenos De Transporte - Lista 2 pdf

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FENÔMENOS DE TRANSPORTE – LISTA 2
1.2.2 Convecção
1.17 Para um processo de ebulição, como o mostrado na Figura 1.5c, a temperatura ambiente T∞ na
lei do resfriamento de Newton é substituída pela temperatura de saturação do fluido Tsat. Considere
uma condição na qual o fluxo térmico a partir da placa quente é q″ = 20 × 105 W/m2. Se o fluido for
água a pressão atmosférica e o coeficiente de transferência de calor por convecção for ha = 20 × 10
3
W/(m2 · K), determine a temperatura da superfície superior da placa, Ts,a. Em um esforço para
minimizar a temperatura superficial, um técnico propõe trocar a água por um fluido dielétrico, cuja
temperatura de saturação é Tsat, d = 52°C. Se o coeficiente de transferência de calor associado ao
fluido dielétrico for hd = 3 × 10
3 W/(m2 · K), o plano do técnico vai funcionar?
1.18 Você vivenciou um resfriamento por convecção se alguma vez estendeu sua mão para fora da 
janela de um veículo em movimento ou a imergiu em uma corrente de água. Com a superfície de 
sua mão a uma temperatura de 30°C, determine o fluxo de calor por convecção para (a) uma 
velocidade do veículo de 35 km/h no ar a −5°C com um coeficiente convectivo de 40 W/(m2 · K), e 
para (b) uma corrente de água com velocidade de 0,2 m/s, temperatura de 10°C e coeficiente 
convectivo de 900 W/(m2 · K). Qual a condição que o faria sentir mais frio? Compare esses 
resultados com uma perda de calor de aproximadamente 30 W/m2 em condições ambientais 
normais.
1.19 Ar a 40°C escoa sobre um longo cilindro, com 25 mm de diâmetro, que possui um aquecedor 
elétrico no seu interior. Durante uma bateria de testes foram efetuadas medidas da potência por 
unidade de comprimento, P', necessária para manter a temperatura da superfície do cilindro a 
300°C, para diferentes velocidades V da corrente de ar. Os resultados obtidos 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 de acordo 
com uma relação do tipo h = CVn, determine os parâmetros C e n a partir dos resultados da parte 
(a).
1.20 Uma parede tem temperaturas superficiais interna e externa iguais a 16 e 6°C, respectivamente.
As temperaturas do ar interno e externo são 20 e 5°C, respectivamente. Os coeficientes de 
transferência de calor por convecção nas superfícies interna e externa são 5 e 20 W/(m2 · K), 
respectivamente. Calcule os fluxos térmicos do ar interior para a parede, da parede para o ar 
exterior, e da parede para o ar interior. Está a parede sob condições de regime estacionário?
1.21 Um aquecedor elétrico encontra-se no interior de um longo cilindro de diâmetro igual a 30 
mm. Quando água, a uma temperatura de 25°C e velocidade de 1 m/s, escoa perpendicularmente ao 
cilindro, a potência por unidade de comprimento necessária para manter a superfície do cilindro a 
uma temperatura uniforme de 90°C é de 28 kW/m. Quando ar, também a 25°C, mas a uma 
velocidade de 10 m/s está escoando, a potência por unidade de comprimento necessária para manter
https://jigsaw.vitalsource.com/books/9788521625872/epub/OEBPS/Text/chapter01.html#fig1-5
a mesma temperatura superficial é de 400 W/m. Calcule e compare os coeficientes de transferência 
de calor por convecção para os escoamentos da água e do ar.
1.23 Uma caixa de transmissão,
medindo W = 0,30 m de lado,
recebe uma entrada de potência
de Pent = 150 hp vinda do motor.
Sendo a eficiência de
transmissão η = 0,93; com o
escoamento do ar caracterizado
por T∞ = 30°C e h = 200 W/(m
2
· K), qual é a temperatura
superficial da caixa de
transmissão?
1.25 Um procedimento comum
para medir a velocidade de correntes de ar envolve a inserção de um fio aquecido eletricamente
(chamado de anemômetro de fio quente) no escoamento do ar, com o eixo do fio orientado
perpendicularmente à direção do escoamento. Considera-se que a energia elétrica dissipada no fio
seja transferida para o ar por convecção forçada. Consequentemente, para uma potência elétrica
especificada, a temperatura do fio depende do coeficiente de convecção, o qual, por sua vez,
depende da velocidade do ar. Considere um fio com comprimento L = 20 mm e diâmetro D = 0,5
mm, para o qual foi determinada uma calibração na forma V = 6,25 × 10−5 h2. A velocidade V e o
coeficiente de convecção h têm unidades de m/s e W/(m2 · K), respectivamente. Em uma aplicação
envolvendo ar a uma temperatura T∞ = 25°C, a temperatura superficial do anemômetro é mantida a
Ts = 75°C, com uma diferença de voltagem de 5 V e uma corrente elétrica de 0,1 A. Qual é a
velocidade do ar?
1.26 Um chip quadrado, com lado w = 5 mm,
opera em condições isotérmicas. O chip é
posicionado em um substrato de modo que suas
superfícies laterais e inferior estão isoladas
termicamente, enquanto sua superfície superior
encontra-se exposta ao escoamento de um
refrigerante a T∞ = 15°C. A partir de
considerações de confiabilidade, a temperatura do
chip não pode exceder a T = 85°C. Sendo a substância refrigerante o ar, com um coeficiente de 
transferência de calor por convecção correspondente h = 200 W/(m2 · K), qual é a potência máxima 
permitida para o chip? Sendo o refrigerante um líquido dielétrico para o qual h = 3000 W/(m2 · K), 
qual é a potência máxima permitida?