Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 85
Um coletor solar tem um canal formado por placas paralelas que está conectado a um reservatório de armazenamento de água na sua parte inferior e a um sumidouro de calor na parte superior. O canal está inclinado em θ = 30° em relação à vertical e tem uma placa de cobertura transparente. Radiação solar transmitida através da placa de cobertura e da água mantém a placa de absorção isotérmica a uma temperatura Ts = 67°C, enquanto a água que retorna para o reservatório, vinda do sumidouro, está a T∞ = 27°C. O sistema opera como um termossifão, no qual o escoamento da água é induzido exclusivamente pelas forças de empuxo. O espaçamento entre as placas é de S = 15 mm e o comprimento das placas é de L = 1,5 m.
Admitindo que a placa de cobertura seja adiabática em relação à transferência de calor por convecção para ou da água, estime a taxa de transferência de calor da placa de absorção para a água, por unidade de largura da placa, que é normal à direção do escoamento (W/m).
Passo 1
Vamo analisar o enunciado junto pra entender o que ele quer de você.
Temos aqui um canal inclinado em 30°, com a placa de cobertura adiabática, por onde passa água, como demonstra o esquema ilustrativo abaixo:
Para resolver essa questão, devemos calcular a taxa de transferência de calor da placa de absorção para a água por unidade de largura da placa a partir da equação:
Onde o número de Nusselt podemos utilizar a correlação de Azevedo e Sparrow para placas isotérmica-isolada termicamente pode ser calculado como:
Para uma inclinação de e .
é dado pela expressão:
Sendo o espaço entre as duas placas, a aceleração da gravidade, o coeficiente de expansão térmica do água, a viscosidade cinemática do água e a difusividade térmica do água, o comprimento das placas e a área da seção transversal do forno.
Depois, a gente tem que que traçar um gráfico de perda térmica pela variação do espaço e calcular a perda térmica máxima.
Pra resolver a questão vamo precisar buscar as propriedades da água na Tabela A.4 (página 640) a uma temperatura média entre de :
Pronto, agora podemos resolver a questão no próximo passo.
Passo 2
Pra resolver o problema, primeiro precisamos calcular :
Como , podemos calcular o número de Nusselt:
E, por fim, vamos calcular a perda térmica:
Pronto, matamos a questão juntos ;)
Resposta
A taxa de transferência de calor da placa de absorção para a água, por unidade de largura da placa, é .