Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 63
O para-brisa de um carro de 0,6 m de altura e 1,8 m de comprimento aquecido eletricamente está sujeito a ventos paralelos a 1 atm, 0°C e 80 km/h. O consumo de energia elétrica é 70 W quando a temperatura da superfície exposta do para-brisa é 4°C. Ignorando a radiação e transferência de calor a partir da superfície interna e utilizando a analogia entre quantidade de movimento e transferência de calor, determine a força de arrasto do vento sobre o para-brisa.
Passo 1
Temos que o para-brisa possui altura , área superficial de e uma temperatura , e que o ar tem temperatura e velocidade (que devemos converter para m/s). Além disso, sabemos que a taxa de energia transferida do carro para o ar é .
A analogia de Reynolds serve para obter o coeficiente de atrito a partir do coeficiente de convecção, e vice-versa. Então, vamos primeiro obter o coeficiente de transferência de calor (), usar a analogia para conseguir o coeficiente de atrito () e, então, utilizá-lo para determinar a força de arrasto. Tudo bem? Vamos lá então!
Passo 2
Já definimos que o consumo de energia elétrica do aquecedor é igual à taxa de transferência de calor por convecção, já que o para-brisa se mantém a 4°C. Então:
Assim, podemos definir o coeficiente convectivo :
A analogia de Reynolds é dada por:
Então ainda nos falta determinar o número de Reynolds e a condutividade térmica do ar. Para as propriedades do ar vamos utilizar a temperatura média entre e , ou seja 2°C. Nesta temperatura as propriedades do ar são:
O número de Reynolds é:
Agora já temos todas as informações necessárias para aplicar a analogia de Reynolds:
Passo 3
Nosso último passo será calcular a força de arrasto. A força de arrasto é dada por:
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)