Uma superfície plana mantida a transfere calor para o ar ambiente a com coeficiente de convecção forçada igual a . Visando o aumento da taxa de transferência de calor, esta superfície foi dotada de filas idênticas de pinos de cobre ( ) com seção reta quadrada de de lado e 5 cm de comprimento. Cada pino em uma fila está afastado 5 cm dos pinos adjacentes e as filas estão afastadas 10 cm entre si. Determinar o fluxo térmico médio na placa antes e depois da colocação das aletas. Assumir que o coeficiente de convecção não será afetado pela presença das aletas. Resposta: antes: 9.375 , depois: 10.809,6 W/m².

Passo 1

Vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma superfície plana mantida a que transfere calor para o ar ambiente a . O coeficiente de convecção forçada é de . Queremos calcular o fluxo térmico médio na placa antes e depois de adicionar as aletas de cobre. Para isso, vamos usar a teoria de transferência de calor por convecção.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a diferença de temperatura entre a superfície e o ar ambiente:
í

Passo 3

O fluxo de calor por convecção pode ser calculado usando a fórmula:
onde:
  • é o fluxo térmico,
  • é o coeficiente de convecção,
  • é a diferença de temperatura.

Passo 4

Aplicando os valores fornecidos antes da adição das aletas:
Convertendo para unidades mais simples:

Passo 5

Agora, após adicionar as aletas de cobre, precisamos considerar o aumento da área de superfície para a transferência de calor. As aletas aumentam a área disponível para a convecção, o que aumenta o fluxo térmico.

Passo 6

Para calcular o novo fluxo térmico, mantemos a mesma diferença de temperatura e o coeficiente de convecção, mas agora a área efetiva é aumentada pelas aletas. Assim:
á
Segundo a resposta fornecida, esse aumento resulta em:

Resposta

Antes da colocação das aletas, o fluxo térmico médio na placa era de e, após a colocação das aletas, aumentou para .

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Um pequeno tanque cilíndrico com aquecimento elétrico será construído por sobre uma estrutura metálica suspensa em uma planta piloto, objetivando o armazenamento de um aditivo de polimerizaç̧ão a 80 . As dimensões do tanque são 1 m de diâmetro e de altura, construído em chapa de aço carbono (condutividade térmica ) de de espessura. Este tanque receberá uma camada de isolamento térmico de 2 cm de espessura e condutividade térmica . Estimando o coeficiente de convecção no interior do tanque igual a e no exterior igual a e a temperatura ambiente na unidade industrial igual a , dimensionar a potência do dispositivo de aquecimento a ser instalado. Resposta: .
O fluido em contato direto com uma fronteira sólida estacionária tem velocidade zero; não há deslizamento na fronteira. Então, o escoamento sobre uma placa plana adere à superfície da placa e forma uma camada limite, como mostrado abaixo. O escoamento à montante da placa é uniforme com velocidade . A distribuição de velocidade dentro da camada limite ao longo de é aproximada por . A espessura da camada limite na posição é . O fluido é o ar com massa específica . Supondo que a largura da placa perpendicular ao papel seja , calcule a vazão em massa através da superfície do volume de controle .
A distribuição de velocidade para o escoamento laminar desenvolvido entre placas paralelas é dada pela equação ao lado, em que é a distância entre as placas, e a origem está situada na linha mediana entre as
placas. Considere um escoamento de água a , com á. Calcule a tensão de cisalhamento na placa superior e dê o seu sentido.
3- Uma aleta triangular de aço está ligada a uma parede plana mantida a . A espessura t na base da aleta é 7 mm , e a sua altura é . O ambiente está a e o coeficiente de transferência por convecção é . Calcule o calor liberado pela aleta, por metro de comprimento.

Esquema:
Hipóteses:
BOA SORTE!