Estime o coeficiente de transferência de calor para escoamento laminar de fluido a
e
, sobre placa plana a
, na posição
, de:
(a) Água líquida (pressão atmosférica);
(b) Ar a pressão atmosférica;
© Óleo SAE30.
(a) Água líquida (pressão atmosférica);
(b) Ar a pressão atmosférica;
© Óleo SAE30.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você quer estimar o coeficiente de transferência de calor para escoamento laminar de três fluidos diferentes (água líquida, ar e óleo SAE30) sobre uma placa plana. Estamos lidando com transferência de calor em escoamento laminar, então vamos precisar de algumas propriedades físicas dos fluidos e usar algumas fórmulas da termodinâmica e da mecânica dos fluidos para encontrar o coeficiente
.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o Número de Reynolds (
), que nos ajuda a determinar se o fluxo é laminar ou turbulento. A fórmula é:
Onde:
-
é a velocidade do fluido (2 m/s), -
é a posição sobre a placa (0,1 m), -
é a viscosidade cinemática do fluido.
Vamos precisar dos valores de
para cada fluido:
- Água líquida:
- Ar:
- Óleo SAE30:
Passo 3
Depois de calcular
, vamos calcular o Número de Prandtl (
), que relaciona a viscosidade ao difusividade térmica do fluido. A fórmula é:
Onde:
-
é a capacidade térmica a pressão constante, -
é a viscosidade dinâmica, -
é a condutividade térmica.
Valores aproximados de
:
- Água líquida:
- Ar:
- Óleo SAE30:
Passo 4
Com
e
em mãos, podemos calcular o Número de Nusselt (
) para escoamento laminar sobre uma placa plana usando a correlação:
O Número de Nusselt relaciona a transferência de calor convectiva com a transferência de calor condutiva no fluido.
Passo 5
Finalmente, para encontrar o coeficiente de transferência de calor (
), usamos a relação:
Onde:
-
é a condutividade térmica do fluido, -
é a posição sobre a placa (0,1 m).
Vamos precisar dos valores de
para cada fluido:
- Água líquida:
- Ar:
- Óleo SAE30:
Resposta
Após realizar os cálculos para cada fluido, obtemos os seguintes coeficientes de transferência de calor na posição
:
(a) Água líquida:
(b) Ar:
© Óleo SAE30: