(Adaptada) Considere uma janela simples (com uma única lâmina de vidro) vertical com largura e altura iguais . A superfície interior está exposta ao ar e às paredes do quarto, que estão a .
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 .
Passo 1
Antes de qualquer coisa, vamos determinar as propriedades do ar para a temperatura de filme . De acordo com a tabela A.4 do Incropera, temos que:
Agora podemos seguir em frente.
Passo 2
A taxa de transferência total de calor na janela será igual à soma das taxas de transferência de calor por convecção livre e por radiação . Se liga:
Onde:
Opa! O único termo que não temos dessa equação é o coeficiente convectivo , então vamos atrás dele.
Passo 3
O coeficiente convectivo está associado ao número de Nusselt por:
Como estamos trabalhando com uma placa vertical, a correlação mais adequada para o número de Nusselt será:
Onde o número de Rayleigh é dado por:
Substituindo os valores:
Substituindo na expressão do número de Nusselt:
Finalmente o coeficiente convectivo será:
Passo 4
Agora estamos prontos pra calcular a taxa de transferência de calor total:
Substituindo os valores:
