Uma placa vertical de 15 cm de altura e 10 cm largura é mantida a
. Calcule o máximo taxa de dissipação de calor de ambos os lados da placa em um ambiente de
. Para ar a
, tome
W/m.K.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem uma placa vertical de 15 cm de altura e 10 cm de largura mantida a 140 °C. Queremos descobrir qual é a taxa máxima de dissipação de calor de ambos os lados dessa placa quando ela está num ambiente a 20 °C. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de transferência de calor por convecção natural e algumas fórmulas relacionadas, como o número de Nusselt.
Passo 2
Primeiro, vamos converter as medidas da placa para metros, já que as unidades padrão do SI são em metros. Então:
- Altura (h) = 15 cm = 0,15 m
- Largura (L) = 10 cm = 0,10 m
Passo 3
Agora, precisamos calcular a área total da placa que está trocando calor. Como a placa tem dois lados, vamos calcular a área de um lado e depois multiplicar por dois:
Passo 4
Vamos calcular o número de Reynolds (Re) para verificar se o fluxo é laminar ou turbulento. Mas como estamos lidando com convecção natural, usamos o número de Grashof (Gr) e o número de Prandtl (Pr) para calcular o número de Nusselt (Nu).
Passo 5
O número de Grashof é calculado por:
Onde:
-
= aceleração da gravidade = 9,81 m/s² -
= coeficiente de expansão térmica (para ar, aproximadamente , onde T está em Kelvin) -
= temperatura da superfície = 140 °C = 413 K -
= temperatura do ambiente = 20 °C = 293 K -
= comprimento característico = altura da placa = 0,15 m -
= viscosidade cinemática =
Assumindo
:
Passo 6
Calculando
:
Passo 7
Com o número de Grashof e Prandtl, podemos calcular o número de Nusselt usando a correlação para convecção natural em placas verticais:
Para placas verticais, uma correlação comum ��:
Passo 8
Calculando
:
Agora, calculamos
:
Passo 9
Agora que temos o número de Nusselt, podemos encontrar o coeficiente de transferência de calor por convecção (
) usando:
Rearranjando para
:
Passo 10
Finalmente, a taxa de dissipação de calor (
) é dada por:
Onde
Resposta
A taxa máxima de dissipação de calor de ambos os lados da placa é aproximadamente 56,6 watts.
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e
, determine a taxa de transferência de calor através do janela.
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.
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C é 0,131 atm. O coeficiente de difusão mútuo para o benzeno no ar a
e 1 atm é
. Calcule:
a. A taxa inicial de evaporação do benzeno com fluxo molar em mol ;
a. A taxa inicial de evaporação do benzeno com fluxo molar em mol