a escoa sobre uma superfície plana, de de comprimento e de largura, mantida a . velocidade da corrente livre é igual a . Determine: a) o coeficiente convectivo global;

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um problema de transferência de calor por convecção forçada. A situação é a seguinte: ar a 20 °C está passando sobre uma superfície plana que tem 2 metros de comprimento e 10 cm de largura. Essa superfície está mantida a 60 °C. A velocidade do ar é de 1 m/s. Nosso objetivo aqui é descobrir o coeficiente convectivo global, que basicamente nos diz quão eficiente é a transferência de calor entre o ar e a superfície.

Passo 2

Primeiro, precisamos descobrir se o fluxo de ar sobre a superfície é laminar ou turbulento. Para isso, calculamos o número de Reynolds (Re), que nos ajuda a determinar o regime do fluxo. A fórmula para o número de Reynolds é:
Onde:
  • é a velocidade do fluido (1 m/s)
  • é a dimensão característica (vamos usar o comprimento, 2 m)
  • é a viscosidade cinemática do ar. Para ar a 20 °C, é aproximadamente
Calculando:
Como o número de Reynolds é maior que 4000, o fluxo é turbulento.

Passo 3

Agora que sabemos que o fluxo é turbulento, usamos uma correlação apropriada para o número de Nusselt (Nu) na convecção forçada turbulenta sobre uma placa plana. Uma das correlações comuns para fluxo turbulento é:
Onde:
  • é o número de Reynolds ( )
  • é o número de Prandtl para o ar a 20 °C, que é aproximadamente 0,71
Calculando:
Vamos calcular cada parte passo a passo:
  1. Assim,

Passo 4

Com o número de Nusselt, podemos calcular o coeficiente convectivo (h) usando a relação:
Onde:
  • é o coeficiente convectivo que queremos encontrar
  • é a dimensão característica (2 m)
  • é a condutividade térmica do ar a 20 °C, que é aproximadamente 0,026 W/(m·K)
Rearranjando a fórmula para encontrar :

Resposta

O coeficiente convectivo global é aproximadamente 2,16 W/(m²·K).

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Um trocador de calor bitubular com configuração contracorrente é utilizado para o processamento de um fluido farmacêutico. O produto farmacêutico escoa pela tubulação interna ( ) com uma vazão mássica de , e com uma temperatura de entrada de . Água escoa na região anular ( ) entre os tubos com uma vazão mássica de e com uma temperatura de entrada de e temperatura de saída de . A tubulação encontra-se termicamente isolada e tem um comprimento . Determine com as respectivas unidades:
(f) Coeficiente convectivo da água.
Converter a pressão de 6,452 Psi em metros de coluna de um fluido de densidade relativa igual a 4,46. (Dado: Slug ; uma polegada é igual a ; um pé é igual a 0,305 metros; dr á água )
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(b) Balanço de energia.