Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 66
Ar a 1 atm e 20°C flui sobre a superfície superior de uma folha de metal fino de 0,2 m x 0,5 m. A velocidade do fluxo de ar é 100 m/s, e a folha metálica é aquecida eletricamente com fluxo de calor uniforme de 6.100 W/m2. Considerando que a força de atrito sobre a superfície da folha de metal é 0,3 N, determine a temperatura da superfície da folha metálica. Avalie as propriedades do fluido a 100°C.
Passo 1
Nossa folha possui área superficial . O ar escoa com e o problema pede para usarmos propriedades do ar a Nesta temperatura as propriedades do ar são:
Por fim, também sabemos que o fluxo de calor é e a força de arrasto é . O exercício nos pede para determinar a temperatura da superfície . Vamos prosseguir da seguinte forma: usando a força de arrasto vamos encontrar o coeficiente de atrito; vamos então usar a analogia de Reynolds para encontrar o coeficiente convectivo a partir do coeficiente de atrito; e, por fim usar a equação de fluxo de calor por convecção para determinar a temperatura da superfície. Vamos lá?
Passo 2
A força de arrasto é determinada como:
Já conhecemos a força, a área, a velocidade e a densidade do ar. Então já temos condições de calcular o coeficiente de atrito adimensional:
Nosso próximo passo é utilizar a analogia de Reynolds para encontrar o coeficiente convectivo. A analogia é:
Vamos então calcular o número de Reynolds para poder aplicar a analogia.
Substituindo na analogia:
Passo 3
Resta agora apenas usar a equação de fluxo de calor por convecção para encontrar a temperatura da superfície da placa. A equação de fluxo é:
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)