Considere uma parede quadrada de onde a temperatura da sala esteja a . Um lado da parede é mantida a , enquanto o outro lado é mantida isolada. Determine a taxa de transferência de calor da parede por convecção natural se a a parerde estiver na:
a) Vertical
para

Passo 1

Vamos resumir o que o exercício pede: temos uma parede quadrada de 0,6 metros de lado, em uma sala cuja temperatura é de . Um dos lados da parede está mantido a e o outro lado está isolado. Precisamos determinar a taxa de transferência de calor dessa parede por convecção natural quando a parede está na posição vertical.
Para resolver isso, vamos utilizar conceitos de transferência de calor por convecção natural, especificamente os números adimensionais de Nusselt ( ), Rayleigh ( ) e Prandtl ( ). Também precisaremos das propriedades termofísicas do ar nas temperaturas dadas.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular o número de Rayleigh ( ), que é essencial para determinar o regime de convecção. O número de Rayleigh é dado por:
Onde:
  • é o número de Grashof, que representa a razão entre as forças de flutuabilidade e as forças viscosas.
  • é o número de Prandtl, que relaciona a difusividade de momento com a difusividade térmica.

Passo 3

Vamos calcular o número de Grashof ( ) usando a seguinte fórmula:
Onde:
  • é a aceleração da gravidade.
  • é o coeficiente de expansão térmica do ar.
  • é a temperatura da superfície.
  • é a temperatura ambiente.
  • é o comprimento característico (altura da parede).
  • é a viscosidade cinemática do ar.
Assumindo que as propriedades do ar a são:
Calculando :

Passo 4

Agora, calculamos o número de Rayleigh ( ):
O número de Prandtl para o ar a é aproximadamente .
Substituindo os valores:

Passo 5

Com o número de Rayleigh calculado, podemos determinar o número de Nusselt ( ) usando a correlação fornecida:
Substituindo os valores de e :
Calculando isso nos dará o valor de .

Passo 6

Com o número de Nusselt, podemos encontrar o coeficiente de transferência de calor por convecção ( ) usando a relação:
Onde é a condutividade térmica do ar a , aproximadamente .

Passo 7

Finalmente, a taxa de transferência de calor ( ) pode ser calculada pela fórmula:
Onde:
  • é a área da parede.
  • é a diferença de temperatura.
Substituindo todos os valores calculados anteriormente, obtemos a taxa de transferência de calor.

Resposta

A taxa de transferência de calor por convecção natural da parede vertical é aproximadamente .

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c. Encontre a taxa de transferência de calor por convecção
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( ) a base do pilar tem área de .
( ) o volume do pilar é .
( ) a massa do pilar é de 6, 4 toneladas.
( ) a pressão do pilar no alicerce é .
Sabendo que a pressão medida no manômetro metálico , colocado sobre um reservatório fechado, é de 55000 Pa, ASSINALE a alternativa que contem a pressão medida pelo manômetro metálico , considerando o peso específico do ar nas câmaras A e B. Dados: á e .
A)
B)
C)
D)