(6) Lista de Exerc+¡cios

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Lista de exercícios 
1) Um ventilador que pode fornecer velocidades de ar de até 50 m/s deve ser usado 
em um túnel de vento de baixa velocidade com ar atmosférico a 25 ºC (ν = 15,71 
× 10-6 (m2/s)). Se alguém desejar usar o túnel de vento para estudar o 
comportamento da camada-limite sobre uma placa plana com números de 
Reynolds de até Re = 10
8
, que comprimento mínimo da placa poderia ser usado? 
Resposta: x=31,4m. 
 
2) Ar a 1 atm e 27 ºC flui através de uma grande superfície de concreto de 15 m (k 
= 0,0273) de comprimento mantida à 55 ºC. A velocidade de fluxo é de 4,5 m / 
s. Calcule o coeficiente de transferência de calor e a taxa de calor por convecção 
a partir da superfície. Sabendo que na temperatura média a viscosidade 
cinemática é 17,94 x 10
-6
 e o número de Prandtl é 0,7. Respostas 
hmedia=12,28W/m².ºC e (q/A)=343,96 [W/m²]. 
 
3) Ar com uma temperatura na corrente livre de 20ºC (k = 0.0284 W/m⋅K), escoa 
paralelamente sobre uma placa plana de 50 m de comprimento com temperatura 
de 90ºC. Entretanto obstáculos colocados no escoamento intensificam a mistura 
com o aumento da distância (x) da aresta frontal e a variação espacial das 
temperaturas medidas no interior da camada-limite é correlacionada por uma 
expressão da forma T(ºC) = 20+70exp
(-600xy)
, com x e y em metros. Determine o 
coeficiente convectivo local h variando com x. Calcule o coeficiente convectivo 
médio para a placa plana. 
Resposta: hlocal=17,04x[W/m².ºC], hmédio=42.5[W/m².ºC] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4) Um cilindro de 5,0 cm de diâmetro, é submetida a um escoamento cruzado de ar 
a 1 atm e 35 ºC com uma velocidade de 25 m / s. A superfície do cilindro é 
mantida a uma temperatura de 150 ºC. Calcule o coeficiente de transferência de 
calor e a taxa de perda de calor. Respostas: h = 92,73 
 
Propriedades do ar 35 ºC
 
Temperatura média 
92,50 ºC 
150,00 ºC 
Densidade (ρ) (kg/m
3
) 1,146 0,965 0,8711 
Viscosidade dinâmica µ (kg/m·s) 1,89×10
−5
 2.14×10
−5
 2,3 ×10
−5
 
Condutividade térmica (W/m·K) 0,0271 0.030 0,033 
Calor especifico Cp (J/g.K) 1,005 1,009 1,014 
 
 
 
5) Um aquecedor elétrico, na forma de um longo cilindro, com diâmetro D=10mm, 
condutividade térmica K=240W/m.k, densidade ρ=2700kg/m³ e calor específico 
cp =900 J/(kg.K), é instalado em um duto através do qual ar, escoa em 
escoamento cruzado a uma velocidade de 10 m/s em relação ao aquecedor com 
temperatura de 300K e velocidade de 10m/s. 
Propriedades do ar 
 v (m²/s) K (W/m.ºC) Cp (J/(kgºC)) μ (kg/m.s) 
Ar 32,39×10
-6
 0,0373 1004,16 18,66 ×10
-6
 
 
a) Calcule a temperatura superficial em regime estacionário quando, por unidade 
de comprimento do aquecedor, energia elétrica está sendo dissipada a uma taxa 
de 1000 W/m. 
b) Se o aquecedor estiver a uma temperatura inicial de 27ºC, estime o tempo 
necessário para a sua temperatura atingir uma temperatura de 10ºC inferior ao seu 
valor em regime estacionário. Sabendo que o tempo (t) esta relacionado com a 
equação abaixo, apresentando as seguintes constantes a=0,0173 (s-1) e 
b/a=(302,6K), T= temperatura do aquecedor e temperatura inicial. 
 ).(exp1)( tao abTT  
6) Ar a uma temperatura de 27◦C e 1 atm, flui sobre uma placa plana, a uma 
velocidade de 2 m/s. Supondo que a placa é aquecida durante todo o seu 
comprimento com uma temperatura constante de 60 ºC. Calcule o fluxo 
transferido nos primeiros os primeiros 60 cm da placa. Resposta: 
q/A=223,61W/m². 
 
Propriedades físicas do ar: viscosidade de ar a 27◦C é 1,85 × 10
-5
 kg /m·s, 
condutividade térmica K=0,02749W/m.ºC, calor especifico cp= 1,006 Kj/kgºC.