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Fenômenos de Transporte

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Água a uma temperatura T∞ = 25 °C escoa sobre uma das superfícies de uma parede de aço (AISI 1010), cuja temperatura é de Ts,1 = 40 °C. A parede possui uma espessura de 0,35 m e sua outra superfície está a uma temperatura de Ts,2 = 100 °C. Em condições de estado estacionário, qual é o coeficiente convectivo associado ao escoamento da água? Quais são os gradientes de temperatura na parede e na água que está em contato com a parede? Esboce a distribuição de temperaturas na parede e na água a ela adjacente.

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Quando a transferência de calor através do fluido ocorre por condução e quando ocorre por convecção? Para qual caso a taxa de transferência de calor é mais elevada? Qual a diferença entre coeficiente de transferência de calor por convecção e condutividade térmica de fluido?

O que é convecção forçada? Como ela se difere da convecção natural? A convecção causada por ventos é forçada ou natural?

Em qual modalidade de transferência de calor o coeficiente de transferência de calor por convecção é normalmente mais elevado: convecção natural ou convecção forçada? Por quê?

Como a espessura da camada-limite de velocidade varia com a distância da borda frontal no escoamento laminar sobre uma placa plana? E no escoamento turbulento? Como t se relaciona com h?

O que determina as espessuras relativas das camadas-limite de velocidade e térmica no escoamento laminar? E no escoamento turbulento? Quando  = t?

Óleo de motor a 60 °C escoa ao longo da superfície de uma placa plana de 5m de comprimento cuja temperatura é mantida a 20 °C, com velocidade de 2 m/s. Determine a taxa de transferência de calor por unidade de largura de placa, As propriedades do óleo de motor na temperatura de filme Tf = (Ts+T∞)/2 = (20+60)/2 = 40 °C são ρ = 876 kg/m3, Pr = 2,962, k = 0,1444 W/m L, ν = 2,485x10-4 m2/s.

Para descongelar o gelo fino acumulado na superfície externa do para-brisa de um automóvel, ar quente é soprado sobre a superfície interna do para-brisa. Considere um para-brisa de automóvel (kv = 1,4 W/m K) com altura total de 0,5 m e espessura de 5 mm. O ar externo (1 atm) à temperatura ambiente é – 20°C e a velocidade média do fluxo de ar sobre a superfície externa do para-brisa é 80 km/h, enquanto a temperatura ambiente no interior do automóvel é 25 °C. Determine o valor do coeficiente de transferência de calor por convecção para o ar quente soprado sobre a superfície interna do para-brisa, necessário para derreter o gelo fino acumulado. Considere a superfície do para-brisa como uma placa plana.

Sobre uma placa plana ar a 27 °C com velocidade de 5 m/s. A placa se encontra aquecida a uma temperatura constante de 60 °C ao longo de todo o seu comprimento. Calcule o calor transferido: a) Nos primeiros 20 cm da placa; b) Nos primeiros 50 cm da placa; c) Nos primeiros 3 m da placa. Admita que a placa tem 1 m de profundidade e que as propriedades do ar na temperatura de filme (Tf = 43,5 °C) são ν = 17,36 x 10 -6 m2/s, k = 0,02749 W/ (m °C), Pr = 0,7, cp = 1,006 kJ/kg °C.

Um coletor solar de placa plana é colocado horizontalmente em um telhado. Para determinar sua eficiência, é necessário calcular a perda de calor para o ambiente a partir da superfície. O coletor é uma tira longa com 1 ft de largura. Sua temperatura superficial é de 140 °F. Se um vento a 60 ° F estiver soprando sobre o coletor a uma velocidade de 10 ft/s, calcule as quantidades a seguir nas posições x = 1 ft e x = xcritico.