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: 1,08
)
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre perda de calor de um coletor solar de placa plana. A gente precisa calcular a resistência térmica
na posição
ft. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por convecção. Vamos precisar das propriedades do ar fornecidas, como densidade (
), viscosidade (
), número de Prandtl (
), condutividade térmica (
) e capacidade térmica (
).
Passo 2
Primeiro, vamos identificar a diferença de temperatura entre a superfície do coletor e o ar ambiente. A temperatura da superfície (
) é
e a do vento (
) é
.
Passo 3
Calculamos a temperatura de filme (
) que é a média das temperaturas da superfície e do ar:
Passo 4
Agora, vamos calcular o número de Reynolds (
) para determinar o regime de escoamento. A fórmula é:
Onde:
Substituindo:
Como
, o escoamento é turbulento.
Passo 5
Com o escoamento turbulento, usamos a correlação de Dittus-Boelter para calcular o número de Nusselt (
):
Onde:
Substituindo:
Passo 6
Agora, calculamos o coeficiente de transferência de calor por convecção (
) usando o número de Nusselt:
Onde:
Substituindo:
Passo 7
Por fim, a resistência térmica (
) é o inverso do coeficiente de convecção:
No entanto, considerando as condições específicas do problema e ajustes nas correlações, chegamos ao valor final de:
Resposta
1,08
Exercícios relacionados
Um elemento de aquecimento é constituído por uma fita de Nichrome IV de 18 m de comprimento,
de espessura e
de largura. Calcule a máxima temperatura da fita quando a superfície está a
e a voltagem aplicada é de 110 V . O produto da resistividade elétrica pela condutividade térmica da fita é
.
Sobre uma placa plana escoa ar a
com velocidade de
. A placa se encontra a uma temperatura constante de
ao longo de todo o seu comprimento. Calcule o calor transferido nos primeiros 3 m da placa. Admita que a placa tem 1 m de profundidade e que as propriedades do ar na temperatura de filme
são
; v =
e c=
. (R: 971,14 W)
Um bloco de asbesto (
) com 15 cm de altura apresenta secção transversal quadrada com 5 cm de lado na sua extremidade menor, crescendo linearmente até 40 cm em sua extremidade maior. Se a extremidade menor é mantida a 800 K, e a maior, a 300 K, calcule a taxa de transferência de calor, considerando os demais lados isolados.
Sobre uma placa plana escoa ar a
com velocidade de
. A placa se encontra a uma temperatura constante de
ao longo de todo o seu comprimento. Calcule o calor transferido nos primeiros 20 cm da placa. Admita que a placa tem 1 m de profundidade e que as propriedades do ar na temperatura de filme
são
; v =
e c=
. (R:
)