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

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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: )