Ar na pressão absoluta de 1 bar e
escoa paralelamente a uma placa plana lisa vertical. A placa é quadrada com lado igual a 2 m e tem temperatura uniforme igual a
. Determine a taxa de transferência de calor na camada limite.
Passo 1
Vamos resumir o enunciado: Temos um ar a 1 bar de pressão absoluta e a 20°C escoando paralelamente a uma placa plana lisa vertical. A placa é quadrada, com lado de 2 metros, e tem uma temperatura uniforme de 60°C. Nosso objetivo é determinar a taxa de transferência de calor na camada limite.
Para resolver isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por convecção, especificamente a camada limite térmica. Precisaremos calcular o coeficiente de transferência de calor convectiva
e, em seguida, usar esse coeficiente para encontrar a taxa de transferência de calor
.
Passo 2
Primeiro, precisamos calcular o coeficiente de transferência de calor convectiva
. Para isso, vamos usar a relação:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor, -
é a área da placa, -
é a temperatura da placa, -
é a temperatura do ar.
Para encontrar
, usaremos a correlação do número de Nusselt (
):
Onde:
-
é o comprimento característico (nesse caso, a altura da placa), -
é a condutividade térmica do ar.
Primeiro, calculamos o número de Reynolds (
) para verificar se o fluxo é laminar ou turbulento:
Precisamos das propriedades do ar a 20°C:
- Viscosidade cinemática
, - Condutividade térmica
, - Difusividade térmica
, - Número de Prandtl
.
Usando essas propriedades, calculamos
, determinamos
com uma correlação adequada (como a de Dittus-Boelter para fluxo turbulento ou a de Churchill para ambos os regimes) e, finalmente, obtemos
.
Passo 3
Após obter o coeficiente
, calculamos a área da placa:
A diferença de temperatura entre a placa e o ar é:
Finalmente, substituímos todos os valores na equação inicial para encontrar
:
Resposta
A taxa de transferência de calor na camada limite é
.
Exercícios relacionados
Ar na pressão absoluta de 1 bar e
escoa paralelamente a uma placa plana lisa horizontal com velocidade igual a
. A placa é quadrada com lado igual a 2 m e tem temperatura uniforme igual a
. Determine a taxa de transferência de calor na camada limite.
O fluxo de calor na superfície externa do tubo.
, com diâmetro 8 cm e altura 15 cm , está inicialmente a uma temperatura uniforme igual a
. O cilindro é colocado no ar atmosférico a
, onde ocorre transferência de calor por convecção com um coeficiente de transferência de calor
. Utilizando o método da capacidade concentrada determine a temperatura após 15 minutos.
Considere duas cascas cilíndricas concêntricas cujos comprimentos sejam muito maiores do que os seus diâmetros, de forma que possam ser modelados como se seus comprimentos fossem infinitos. Sabendo que uma delas, com raio igual a 8 cm e emissividade igual a 0,8 , está à temperatura de 400 K e que a outra, com raio de 4 cm e emissividade igual a 0,5 , está a 300 K . Determine a taxa líquida de calor radiante por unidade de comprimento transferida entre as cascas cilíndricas.
Gasolina escoa em uma linha longa, subterrânea, à temperatura de
. s). Duas estações de bombeamento, à mesma elevação, localizam-se à distância de 13000 m uma da outra. A queda de pressão entre as estações é igual a
. A linha é feita em aço comercial, com
de diâmetro. Contudo, a idade e a corrosão da linha elevaram a rugosidade do duto ao valor aproximado de
. Entre as duas estações existe 4 cotovelos de
padrão flangeado, 2 cotovelos
padrão rosqueado, 3 válvulas globo aberta, 1 válvula gaveta
aberta e 2 válvulas esfera aberta. Calcule a vazão através da linha. Resposta: