Lista Exercícios 8_2020

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
102091-ENPE C - Fenômenos de Transporte 2 (turmas A e B) 
Prof. Maria do Carmo Ferreira 
 
Lista 8 – Convecção em escoamentos externos 
1. Durante um dia de inverno, o vento sopra a 42 km/h, paralelo à parede 
de uma casa de 6 m de altura e 10 m de comprimento. Considerando 
que o ar externo está a 5 °C e a temperatura da superfície da parede é 
12 °C, determine a taxa de perda de calor por convecção dessa parede. 
Qual seria o valor da taxa de perda se a velocidade do vento fosse 
duplicada? 
Respostas: 10.8 kW, 19.4 kW 
 
 
 
2. Em um experimento, a transferência de calor local sobre uma placa 
plana foi correlacionada em forma de número de Nusselt local como 
expressa pela seguinte correlação: 
𝑁𝑢 = 0,035𝑅𝑒 , 𝑃𝑟 / 
 
Determine a razão entre o coeficiente médio de transferência de calor 
por convecção (ℎ) ao longo do comprimento da placa e o coefi ciente 
local de transferência de calor por convecção (hx) em x=L. 
Resposta: (a) 1,25 
 
3. Uma chapa metálica de 5 m de comprimento está sendo transportada 
em uma esteira a uma velocidade de 5 m/s, enquanto o revestimento 
na parte superior da superfície sofre um processo de cura por 
aquecimento fornecido por um conjunto de lâmpadas de 
infravermelho. O revestimento na superfície superior da chapa 
metálica tem absortividade de 0,6 e emissividade de 0,7, enquanto o 
ar ambiente e a vizinhança circundante estão a 25°C. A transferência 
de calor por radiação ocorre apenas na superfície superior, enquanto 
a transferência de calor por convecção ocorre em ambas as superfícies 
da chapa, superior e inferior. Considerando que as lâmpadas de 
infravermelho fornecem um fluxo de calor constante de 5.000 W/m2, 
determine a temperatura da superfície da chapa (avalie as 
propriedades do ar em 80 °C). 
Resposta: 138 °C 
 
4. Uma placa plana fina e quadrada tem 1,2 m de cada lado. O ar a 10 
°C escoa ao longo das superfícies superior e inferior da placa na 
direção paralela a aresta, com velocidade de 48 m/s. A superfície 
da placa é mantida a uma temperatura constante de 54 °C. A placa 
é montada em uma escala que mede a força de arrasto de 1,5 N. 
(a) Determine o regime do escoamento (laminar ou turbulento); 
(b) Determine a taxa total de transferência de calor a partir da 
placa para o ar; 
(c) Admitindo uma distribuição uniforme dos parâmetros de 
transferência de calor e de arrasto ao longo da placa, estime os 
gradientes médios de velocidade e de temperatura na 
superfície, ( ) e ( ) . 
Respostas: (b) 1736 W; (c) -2820 s-1 e -22,9 °C/m. 
 
5. Uma pessoa média gera calor a uma taxa de 84 W enquanto 
descansa. Pressupondo que 1⁄4 desse calor seja perdido pela 
cabeça e ignorando as perdas de calor por radiação, determine a 
temperatura média da superfície da cabeça quando está exposta 
sem nenhuma proteção a ventos de 10 °C escoando a 25 km/h. A 
cabeça pode ser aproximada por uma esfera de 30 cm de diâmetro. 
Resposta: 13,2 °C 
 
6. Uma corrente de 50 A passa através de um fio com 6 mm de 
diâmetro em uma linha de transmissão elétrica. A resistividade do 
fio é igual a 0,002 Ω/m. Ventos a 40 km/h e 10oC sopram através 
da linha de transmissão. Desprezando perdas de calor por radiação, 
determine a temperatura da superfície do fio. 
Resposta: 11,8oC. 
 
 
7. Em uma planta geotérmica, uma vazão de 8,5 kg/s de água a 80oC 
entra em um tubo com 15 cm de diâmetro e 400 m de comprimento, 
não isolado termicamente, e deixa o tubo a 70oC antes de ser 
realimentada no chão. Ar a 15oC escoa perpendicularmente à 
superfície do tubo, a uma velocidade a ser determinada. Desprezando 
as perdas de calor por radiação, estime a velocidade de escoamento, 
em km/h. 
Resposta: 30,2 km/h.