Banhos de água quente com a superfície aberta são comumente usados em instalações de produção, por várias razões. Em uma fábrica de tintas de spray, as latas pressurizadas de tinta são testadas em relação à temperatura sendo submersas em água quente a
em um banho retangular de 40 cm de profundidade, no qual são mantidas até que sejam aquecidas a
, para assegurar que podem resistir a temperaturas até de
durante o transporte e o armazenamento. O banho de água tem 1 m de largura e
de comprimento, e sua superfície superior está aberta para o ar ambiente para facilitar a observação pelos trabalhadores. Considerando que as condições médias da planta são
e
de umidade relativa, determine a taxa de perda de calor a partir da superfície superior do banho de água por convecção natural. Considere que a água é bem agitada e mantida a uma temperatura uniforme de
durante o tempo todo por um aquecedor e tome a temperatura média dos arredores como sendo em torno de
.
Passo 1
O enunciado pede a taxa de calor perdida por convecção natural na superfície aberta de um banho de água a
imersa em ar a cerca de
. O banho tem área superior
. O conteúdo envolve convecção natural em placa horizontal aquecida para cima, usando o número de Rayleigh e as correlações de Nusselt.
Passo 2
Definimos a temperatura do filme
e a diferença de temperatura
. Adotamos a expansão volumétrica para gás ideal
.
Passo 3
Pegamos propriedades do ar a
:
Passo 4
Calculamos o número de Rayleigh usando comprimento característico
:
Passo 5
Como
, usamos a correlação
Logo,
O coeficiente de convecção é
Passo 6
A taxa de perda de calor por convecção na área
é
Resposta
A taxa de perda de calor por convecção natural na superfície é aproximadamente
.