Estime o coeficiente de transferência de calor para escoamento laminar de fluido a Tinfty=20^circ C e Uinfty=2 m / s, sobre placa plana a Ts=80^circ C, na posição x=0,1 m, de:
(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 ( Rex = Uinfty cdot xnu ), 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 Pr = nualpha = cp muk , 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 Nux = 0.332 cdot Rex^1/2 cdot Pr^1/3 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 ( h = Nux cdot kx ), 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: ²
(b) Ar: ²
© Óleo SAE30: ²

Exercícios relacionados