Uma placa de circuito de 15 cm x 20 cm está sendo refrigerada com ar a 1 atm por convecção forçada. O calor para a placa de circuito é estimado em 1.000 W/m2. Considerando que a velocidade do fluxo de ar é 3 m/s e a tensão de cisalhamento da superfície da placa de circuito é 0,075 N/m2, determine a diferença de temperatura entre a temperatura da superfície da placa e da temperatura da corrente de ar. Avalie as propriedades do fluido a 40°C.

Em primeiro lugar vamos reunir nossas informações. Sabemos que:

O fluxo é ;

O ar escoa com ;

A tensão de cisalhamento é ;

Além disso, devemos avaliar as propriedades do ar para . E queremos descobrir a diferença de temperatura .

O fluxo de calor é dado por:

Já recebemos o valor do fluxo no enunciado mas ainda precisamos do coeficiente convectivo. Uma das maneiras de calcular o coeficiente convectivo é usando a analogia de Reynolds:

Temos as dimensões da placa, a velocidade de escoamento e podemos encontrar as propriedades do ar a 40°C na tabela A-15 do apêndice do livro. Porém, como você deve ter percebido ainda precisamos do coeficiente de atrito , então ainda não podemos usar a analogia de Reynolds. Mas pelo enunciado também recebemos o valor da tensão de cisalhamento na parede, que é descrita pela seguinte equação:

Desta vez temos todos os parâmetros para encontrar o coeficiente de atrito. Vamos prosseguir da seguinte maneira: usar a tensão de cisalhamento para encontrar ; com vamos utilizar a analogia de Reynolds para encontrar ; e, por fim, usaremos na equação de fluxo de calor para descobrir qual a diferença de temperatura. Entendeu tudo? Então vamos lá!