As atmosférico escoa paralelamente a
sobre a superfície plana de um aquecedor que deve ser mantida a uma temperatura de
. A área da superfície do aquecedor é de
e sabe-se que o escoamento produz uma força de arrasto sobre o aquecedor de
. Qual é a potência elétrica necessária para manter a temperatura superficial especificada, se o fluido está a
?
OBS.: Determine as propriedades térmicas para cada caso considerando sempre a temperatura de filme, e a pressão de 1 atm .
OBS.: Determine as propriedades térmicas para cada caso considerando sempre a temperatura de filme, e a pressão de 1 atm .
Passo 1
O enunciado dá um escoamento de ar forçado paralelo à superfície plana do aquecedor, com velocidade
, área
, temperatura da superfície
e do ar livre
. Sabe-se também que a força de arrasto sobre o aquecedor é
. Queremos a potência elétrica necessária para manter
constante, isto é, a soma da potência de convecção (calor perdido para o fluido) mais a potência dissipada por atrito (força de arrasto). Usaremos a analogia de Chilton–Colburn para relacionar coeficiente de atrito e coeficiente de transferência de calor.
Passo 2
Definimos a temperatura de filme
Nas condições de
atm e
, tomamos propriedades do ar:
,
,
.
Passo 3
O coeficiente de atrito médio na placa vem de
Passo 4
Pela analogia de Chilton–Colburn temos
Logo
e, portanto,
Passo 5
A potência de convecção é
Passo 6
A potência dissipada pelo atrito (força de arrasto) é
Passo 7
A potência elétrica total necessária é
Resposta
A potência elétrica requerida é aproximadamente
.