Lista de Exercícios Resolvidos de Convecção Livre

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Um bastão horizontal com 5   m m de diâmetro está imerso em água mantida a 18 ° C . Se a temperatura superficial do bastão é de 56 ° C , estime a taxa de transferência de calor por convecção natural por unidade de comprimento do bastão.

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Um tanque cilíndrico de propano de 1,5   m de diâmetro e 4   m de comprimento é inicialmente cheio com propano líquido, cuja densidade é 581   k g / m 3 . O reservatório é exposto ao ar ambiente a 25 ° C em condições meteorológicas calmas.

A superfície externa do tanque é polida de modo que a transferência de calor por radiação é desprezível. Agora, uma rachadura se desenvolve na parte superior do tanque e a pressão no interior cai para 1   a t m enquanto a temperatura cai para - 42 ° C , que é a temperatura de ebulição do propano a 1   a t m .

O calor de vaporização do propano a 1   a t m é 425   k J / k g . O propano é lentamente vaporizado como resultado da transferência de calor do ar ambiente para o reservatório e seu vapor escapa do tanque a - 42 ° C através da rachadura.

Considerando que o tanque de propano está mais ou menos na mesma temperatura que o propano em seu interior, em qualquer momento, determine quanto tempo vai demorar para o tanque esvaziar se ele não estiver isolado.

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Uma esfera de 1   m m de diâmetro de aço inoxidável 316 está a 600 K . A esfera foi posta para esfriar em meio ao ar em um ambiente inicialmente quiescente.

A temperatura do ar é 275 K , a pressão é a pressão ambiente. As propriedades do ar podem ser aproximadas pelas propriedades do ar, como gás ideal, a 275 K .

Determine quanto tempo levará para que o interior (centro) da esfera esfrie até a temperatura de 298 K .

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(Adaptado) Um conjunto de placas quadradas de circuitos verticais com 150   m m de altura deve ser resfriado com ar em meio a uma sala grande de tal maneira que a temperatura nas placas não seja superior a 60 ° C , quando a temperatura ambiente é de 30 ° C .

Admitindo condições de superfícies isotérmicas, determine a dissipação de potência elétrica admissível (fluxo de calor) por placa quando não há nenhum escoamento forçado de ar.

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(Adaptado) Uma esfera de cobre com 25   m m de diâmetro, com um revestimento de baixa emissividade, é removida de um forno a uma temperatura uniforme de 85 ° C e deixada resfriar em um fluido quiescente mantido a 25 ° C .

Calcule os coeficientes convectivos associados às condições iniciais para a imersão no ar e na água.

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Um série de placas de circuitos verticais encontra-se imersa em ar ambiente quiescente a T ∞ = 17 ° C . Embora os componentes sejam salientes em relação aos substratos, é razoável, em uma primeira aproximação, considerar placas planas com fluxo térmico na superfície uniforme q s ' ' .

Considere placas com comprimento e largura L = W = 0,4   m e espaçamento S = 25   m m . Se a temperatura máxima admissível na placa é de 77 ° C , qual é a potência máxima que pode ser dissipada por placa?

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Uma placa com dimensões de 1   m por 1   m e inclinada com um ângulo de 45 ° , tem a sua superfície inferior exposta a um fluxo t��rmico radiante líquido de 300   W / m 2 .

Se a superfície superior da placa for bem isolada, estime a temperatura que a placa atingirá quando o ar ambiente estiver quiescente a uma temperatura de 0 ° C .

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(Adaptada) Considere uma janela simples (com uma única lâmina de vidro) vertical com largura e altura iguais W = L = 1   m . A superfície interior está exposta ao ar e às paredes do quarto, que estão a 18 ° C .

Sob condições ambientais frias, nas quais uma fina camada de gelo se forma na sua superfície interna, qual é a perda de calor através da janela? A emissividade do gelo pode ser considerada igual a ε = 0,9 .

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Sob condições de operação em regime estacionário, a temperatura superficial de uma pequena lâmpada incandescente de 20   W é de 125 ° C , quando as temperaturas do ar ambiente e das paredes são iguais a 25 ° C .

Aproximando a lâmpada por uma esfera de 40   m m de diâmetro e com emissividade na superfície de 0,8 , qual é a taxa de transferência de calor saindo da superfície da lâmpada?

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(Adaptado) Considere uma placa plana horizontal aquecida por meio de uma resistência elétrica. A superfície inferior da placa é isolada e a superior troca calor por convecção com o ambiente, que está a 25 ° C . A placa tem comprimento igual a 3   m e largura igual a 1,5   m .

Considere as propriedades do ar iguais a k = 0,025   W / m K , υ = 20,92 × 10 - 6   m 2 / s , α = 30 × 10 - 6   m 2 / s . Calcule a taxa de transferência de calor trocado por convecção e radiação, onde a potência fornecida pela resistência elétrica mantém a placa à temperatura de 100 ° C .

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Um aquecedor elétrico com a forma de um disco horizontal com 400   m m de diâmetro é usado para aquecer o fundo de um tanque de óleo de motor a uma temperatura de 5 ° C .

Calcule a potência necessária para manter a temperatura do aquecedor a 70 ° C .

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