Um coletor solar de placa plana é colocado horizontalmente em um telhado. Para determinar sua eficiência, é necessário calcular a perda de calor para o ambiente a partir da superfície. O coletor é uma longa tira com 1 ft de largura. Sua temperatura superficial é de . Se um vento a estiver soprando sobre o coletor a uma velocidade de , calcule a taxa de transferência de calor por convecção. As propriedades do ar na temperatura de filme são ; e .

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre transferência de calor por convecção em um coletor solar de placa plana. A gente precisa calcular a taxa de perda de calor para o ambiente a partir da superfície do coletor. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por convecção, que envolvem propriedades do ar e as condições de fluxo ao redor do coletor.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as informações que temos:
  • Largura do coletor: 1 ft
  • Temperatura superficial do coletor ( ):
  • Temperatura do vento ( ):
  • Velocidade do vento ( ):
  • Temperatura de filme ( ):
  • Propriedades do ar:
    • Densidade ( ):
    • Viscosidade ( ):
    • Número de Prandtl ( ):
    • Condutividade térmica ( ):
    • Capacidade calorífica ( ):

Passo 3

Vamos calcular a taxa de transferência de calor por convecção usando a fórmula:
Onde:
  • é a taxa de transferência de calor
  • é o coeficiente de transferência de calor por convecção
  • é a área superficial do coletor
  • é a diferença de temperatura entre a superfície e o ambiente

Passo 4

Para encontrar o coeficiente , precisamos calcular o número de Nusselt ( ) usando a relação para fluxo sobre uma placa plana:
Primeiro, calculamos o número de Reynolds ( ):
Assumindo que é o comprimento característico, que nesse caso é a largura do coletor, :
Agora, calculamos :
Com o número de Nusselt, podemos encontrar :

Passo 5

Agora, calculamos a área . Como o coletor é uma longa tira de 1 ft de largura e consideramos uma unidade de comprimento (1 ft), a área é:
Finalmente, substituímos na fórmula da taxa de transferência de calor:

Resposta

A taxa de transferência de calor por convecção é aproximadamente .

Exercícios relacionados

Calcule o número de Nusselts para as seguintes situações: Um componente eletrônico horizontal com uma temperatura de superfície de de largura e 10 mm de comprimento, dissipando por convecção livre de um lado para o ar onde a temperatura é e k 0,026 .
Um coletor solar de placa plana é colocado horizontalmente em um telhado. Para determinar sua eficiência, é necessário calcular a perda de calor para o ambiente a partir da superfície. O coletor é uma longa tira com 1 ft de largura. Sua temperatura superficial é de . Se um vento a estiver soprando sobre o coletor a uma velocidade de , calcule as quantidades a seguir na posição . As propriedades do ar na temperatura de filme são ; e . (R: 0,36 Btu/(h.ft ))
Uma bola de aço inoxidável ( ) de 15 cm de diâmetro é removida de um forno a uma temperatura uniforme de . A bola é então colocada em um fluxo de ar a 1 atm de uma velocidade de . A temperatura da superfície da bola eventualmente cai para . Determine o coeficiente convectivo médio de transferência de calor durante o processo de resfriamento e estime quanto tempo é necessário para se alcançar a temperatura de . (R: .
Considere o fluxo de um gás com densidade de , viscosidade de , calor específico e condutividade térmica , em um tubo de diâmetro e comprimento , e suponha que a viscosidade não muda com a temperatura.
O número de Nusselt para um tubo com razão (L/D) maior que 10 e número de Reynolds maior que 20000 é dado por
Enquanto o número de Nusselt para um fluxo laminar para número de Reynolds menor que 2100 e (Re é:
Se o gás flui através do tubo com uma velocidade média de . Determine qual o coeficiente convectivo de transferência de calor.