- Uma superfície plana com 25 cm de largura e 1 m de comprimento é mantida à temperatura de
. Ar escoa paralelamente sobre a superfície com uma velocidade de
e temperatura de
. Determine:
(b) O coeficiente de transferência de calor médio
:
(b) O coeficiente de transferência de calor médio
Passo 1
Vamos começar resumindo o que o enunciado nos pede. Temos uma placa plana com 25 cm de largura e 1 metro de comprimento mantida a uma temperatura de
. O ar está escoando paralelamente sobre essa superfície com uma velocidade de
e temperatura de
. O conteúdo que vamos utilizar aqui é a transferência de calor por convecção. Para resolver esse problema, vamos precisar entender conceitos como o número de Reynolds, número de Nusselt e utilizar a lei de resfriamento de Newton.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o Número de Reynolds (Re), que nos ajuda a determinar se o fluxo do ar é laminar ou turbulento. A fórmula para o Número de Reynolds é:
Onde:
-
é a densidade do ar (kg/m³) -
é a velocidade do ar (m/s) -
é o comprimento característico da placa (m) -
é a viscosidade dinâmica do ar (Pa·s)
Para simplificar, vamos usar valores aproximados para o ar a
:
Substituindo os valores:
Passo 3
Com o número de Reynolds calculado, podemos determinar o regime de fluxo. Se
, o fluxo é laminar; se
, é turbulento. No nosso caso,
, o que indica que o fluxo é laminar.
Passo 4
Agora, vamos calcular o Número de Nusselt (Nu) para fluxo laminar sobre uma placa plana. A correlação para fluxo laminar é:
Onde:
-
é o número de Prandtl, que para o ar a é aproximadamente
Substituindo os valores:
Passo 5
Com o Número de Nusselt, podemos calcular o coeficiente de transferência de calor
usando a relação:
Onde:
-
é a condutividade térmica do ar (W/m·K). Para o ar a , -
é o comprimento característico da placa (m), que é 1 m
Substituindo os valores:
Resposta
O coeficiente de transferência de calor médio
é aproximadamente 3,26 W/m²·K.
Exercícios relacionados
© A taxa de transferência de calor (
As temperaturas de entrada quente e fria em um trocador de calor bitubular são
e
, respectivamente. As temperaturas de saída são
e
. O trocador de calor está operando em uma configuração paralela ou contracorrente? Qual é a efetividade do trocador de calor? Qual é o NUT? Não há mudança de fase nos dois fluidos.