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:
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:
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
.
Exercícios relacionados
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
. 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!
Esquema:
Hipóteses:
BOA SORTE!