Exercícios

1) Teórica:

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

ou natural?

b) Qual o significado físico do número de Nusselt? Como ele é definido

c) Que propriedade do fluido é responsável pelo desenvolvimento da camada limite hidrodinâmica? Para que tipo de

fluido não haverá nenhuma camada limite hidrodinâmica na placa plana.

d) Qual o significado físico do número de Prandtl? O número de Prandtl depende do tipo de escoamento ou da

geometria do sistema? Qual o significado físico do número de Reynolds.

e) O que o coeficiente de atrito representa no escoamento sobre a placa plana? Como ele está relacionado com a força

de arrasto que age na placa?

f) Como a analogia de Reynolds é expressa? Qual é a sua importância? Quais as suas limitações?

G) O que a analogia modificada de Reynolds expressa? Qual é sua importância? Quais as suas limitações?

H) O que é arrasto? O que provoca? Por que habitualmente tentamos minimizá-lo?

I) O que é sustentação? O que provoca? O cisalhamento na parede contribui para a sustentação?

J) Em escoamento sobre corpos rombudos como um cilindro, de que forma o arrasto de pressão difere do arrasto de

atrito?

2) Durante o resfriamento de batatas ao ar, o coeficiente combinado de transferência de calor por convecção, radiação

e evaporação é determinado experimentalmente, desta forma:

Velocidade do ar (m/s) 0,66 1,00 1,36 1,73

Coeficiente de TC (W/m2K) 14,0 19,1 20,2 24,4

Considere uma batata de 8 cm de diâmetro, inicialmente a 20 ºC, com condutividade térmica de 0,49 W/mK. As

batatas são resfriadas com ar refrigerado a 5 ºC, na velocidade de 1 m/s. Determine a taxa inicial de transferência de

calor a partir da batata e o valor inicial do gradiente de temperatura em sua superfície. Calcule o o valor de Nusselt

(Resp: 5,8 W, -585 ºC/m)

3) Considere o escoamento sobre a superfície com perfis de velocidade e de temperatura dados como:

u(y) = C1(y+y2-y3)

T(y) = C2 –exp(-2C2y)

Onde os coeficientes C1 e C2 são constantes. Determine a expressão para o coeficiente de atrito (Cf) e o coeficiente de

transferência de calor por convecção (h).

4) Ar atmosférico escoa paralelamente (u = 1 5m/s e T = 15 °C) à superfície plana de um aquecedor que deve ser

mantida a uma temperatura de 140 ºC. A área superficial do aquecedor é de 0,25 m2, e sabe-se que o escoamento

produz uma força de arrasto sobre o aquecedor de 0,25N. Qual a potência elétrica necessária para manter a

temperatura superficial desejada? (R: 2,66kW)

5) Exercício 7-13C Livro Çengel Y.A.; Ghajar, A. J. Transferência de calor e massa: uma abordagem prática. 4ed.,

2012.

6) Exercício 7-16 Livro Çengel Y.A.; Ghajar, A. J. Transferência de calor e massa: uma abordagem prática. 4ed.,

2012.

7) Exercício 7-19 Livro Çengel Y.A.; Ghajar, A. J. Transferência de calor e massa: uma abordagem prática. 4ed.,

2012.

8) Considere um caminhão de refrigeração viajando a 110km/h em um local onde a temperatura do ar é 25°C. O compartimento

frigorífico do caminhão pode ser uma caixa retangular de 2,8m de largura, 2,1 m de altura e 6 m de comprimento. O sistema de

refrigeração do caminhão pode fornecer 3 toneladas de refrigeração (ou seja, remoer o calor sobre uma taxa de 633kJ/min). A

superfície externa do caminhão é revestida com material de baixa emissividade, e, assim, a transferência de calor de radiação é

muito pequena. Determine a temperatura média da superfície externa do compartimento de refrigeração do caminhão se o sistema

de refrigeração operar com a metade da capacidade. Suponha que o fluxo de ar sobre a superfície externa é turbulento e o

coeficiente de transferência de calor nas superfícies dianteira e traseira é igual ao das superfícies laterais.

9) Uma tubulação circular, com diâmetro de 25mm, é colocada em meio a uma corrente de ar que se encontra a uma temperatura

de 25ºC e a uma pressão de 1 atm. O ar se move em escoamento cruzado sobre uma tubulação com velocidade de 15m/s, enquanto

a superfície externa da tubulação é mantida a 100ºC. Qual é a força de arrasto exercida na tubulação por unidade de comprimento?

Qual a taxa de transferência de calor na tubulação por unidade de comprimento?

10) Um cilindro circular com 25mm de diâmetro, inicialmente a uma temperatura de 150ºC, é submetido a um resfriamento

brusco através da imersão em um banho de óleo que se encontra a 80ºC e que se move a uma velocidade de 2m/s na direção

normal ao eixo do cilindro. Qual é a taxa inicial de perda de calor por unidade de comprimento do cilindro? Qual o tempo

necessário para resfriar esse cilindro para a temperatura de 100ºC, considerando que L>>>raio.

11) Uma tubulação de vapor sem isolamento térmico é utilizada para transportar vapor a altas temperaturas de um prédio para

outro. A tubulação possui 0,5m de diâmetro, apresenta uma temperatura superficial de 150ºC e está exposta ao ar ambiente a -

10ºC. o ar move em escoamento transversal sobre a tubulação com uma velocidade de 5m/s. Qual é a perda de calor por unidade

de comprimento do tubo?

12) Um fio de resistência elétrica de 3,5 m de comprimento e 1,5kW de potência é feito de 0,25 cm de diâmetro de aço inoxidável

(k = 15W/m°C). O fio de resistência opera em um ambiente a 30°C. Determine a temperatura da superfície do fio se for resfriado

por um ventilador que sobra ar (sentido normal ao eixo axial) a uma velocidade de 6m/s.

13) Exercício 7-49 Livro Çengel Y.A.; Ghajar, A. J. Transferência de calor e massa: uma abordagem prática. 4ed.,

2012.

14) Exercício 7-50 Livro Çengel Y.A.; Ghajar, A. J. Transferência de calor e massa: uma abordagem prática. 4ed.,

2012.

15) Exercício 7-70 Livro Çengel Y.A.; Ghajar, A. J. Transferência de calor e massa: uma abordagem prática. 4ed.,

2012.