Exercícios de Escoamento sobre uma Esfera - Lista de Exercícios Resolvida

Revestimentos de alumínio altamente refletivos podem ser formados na superfície de um substrato pela aspersão da superfície com gotas de alumínio fundido.

As gotas são geradas em um injetor, deslocam-se através de um gás inerte (hélio) e devem ainda estar no estado líquido no instante da colisão.

Considere condições nas quais as gotas com diâmetro, velocidade e temperatura inicial de , e , respectivamente, atravessam uma camada estagnada de hélio atmosférico que se encontra a uma temperatura de .

Qual é a espessura máxima permitida para a camada de hélio para garantir que a temperatura das gotas colidindo com o substrato seja maior que o ponto de fusão do alumínio ?

As propriedades do alumínio fundido podem ser aproximadas por , e .

Considere uma esfera oca em que a temperatura da superfície interna é de e do ar exterior é de . No exterior, existe um escoamento que está a uma velocidade de .

Qual a temperatura da face externa do isolamento assumindo que o isolante possui 2 mm de espessura?

Considerar que a esfera oca seja feita de cobre com raio interno de e espessura de . Admita também que a condutividade térmica do material isolante seja constante e dada por . Assuma também que o cobre tem uma condutividade térmica constante e dada pelo seu valor a .

As propriedades termofísicas do ar são dadas pela tabela. Suponha nesse caso.

Ar atmosférico, a e a uma velocidade de , escoa em torno de um bulbo incandescente de cuja temperatura superficial é de .

O bulbo pode ser aproximado por uma esfera com de diâmetro. Qual é a taxa de transferência de calor perdida por convecção para o ar?

Uma junta de termopar é inserida em um grande duto para medir a temperatura de gases quentes que escoam através do duto

Se a temperatura da superfície do duto for menor do que a temperatura do gás , o termopar irá medir uma temperatura menor, igual ou maior que a temperatura ? Justifique a sua resposta com base em uma análise simplificada.

Uma junta de termopar, na forma de uma esfera com de diâmetro e com emissividade superficial de , é colocada em uma corrente de gás que escoa a . Se o termopar mede uma temperatura de quando a temperatura superficial do duto é de , qual é a temperatura real do gás?

Pode-se considerar que o gás possua as propriedades do ar à pressão atmosférica.

(Adaptado) Um esfera de aço de de diâmetro está inicialmente a temperatura uniforme e igual a . Ela é subitamente colocada em contato com o ar, que escoa com e com temperatura controlada e mantida igual a .

Calcule o coeficiente convectivo de troca de calor.

Uma esfera de diâmetro igual a tem a sua superfície mantida a temperatura de . Ar escoa através da esfera a uma velocidade de e temperatura de . Calcule a taxa de transferência de calor entre a esfera e o ar.

Uma junta de termopar esférica, com de diâmetro, é inserida no interior de uma câmara de combustão para medir a temperatura dos produtos de combustão. Os gases quentes possuem uma velocidade de .

Se o termopar estiver a temperatura ambiente quando for inserido na câmara, estime o tempo necessário para que a diferença de temperaturas atinja da diferença de temperaturas inicial .

Despreze os efeitos da radiação e da condição através dos terminais do termopar. As propriedades da junta do termopar podem ser aproximadas por , e , e as dos gases de combustão por , e . Considere .

(Alterada) Um recipiente esférico de instrumentos para medições submarinas, usado para sondagens e para medir condições da água, tem um diâmetro de e dissipa .

Determine a temperatura superficial do recipiente quando suspenso em uma baia na qual a corrente de e a temperatura da água é de . Assuma para a água.

Inadvertidamente, o recipiente é retirado da água e suspenso no ar ambiente sem desativar a potência. Determine a temperatura superficial do recipiente com o ar a e uma velocidade do vento de . Assuma para o ar.