Ar, a e , entra em um duto retangular com de comprimento e seção transversal de por . O duto é mantido a uma temperatura superficial constante de e a vazão mássica do ar é de .
Determine a taxa de transferência de calor do duto para o ar e a temperatura de saída do ar.
Passo 1
Logo de cara, vamos precisar chutar a temperatura de saída do ar pra determinar as propriedades do ar. Como temos o ar entrando no duto a e temperatura superficial de , vamos chutar aqui uma temperatura de saída de .
De acordo com a tabela A.4 do Incropera, para o ar a essa temperatura, temos:
Vamos seguir em frente.
Passo 2
A taxa de transferência de calor será dada por:
Já a temperatura de saída é dada por:
Vamos precisar então do coeficiente convectivo!
Passo 3
Pra calcular o coeficiente convectivo, vamos precisar do número de Nusselt, se liga:
Para calcular o número de Nusselt, precisaremos do número de Reynolds, dado por:
Onde o diâmetro hidráulico é dado por:
Substituindo os valores:
Opa! Estamos no regime turbulento. Assim, pela tabela na teoria, podemos usar a seguinte relação:
Assim, o coeficiente convectivo será:
Passo 4
A temperatura média de saída do fluido será:
Substituindo os valores:
Passo 5
Finalmente, a taxa de transferência de calor será:
