Descongelamento de gelo fino do para-brisa de um automóvel
Para descongelar o gelo fino acumulado na superfície externa do para-brisa de um automóvel, ar quente é soprado sobre a superfície interna do para-brisa. Considere um para-brisa de automóvel (
) com altura total de
e espessura de 5 mm . O ar externo ( 1 atm ) à temperatura ambiente é
, e a velocidade média do fluxo de ar sobre a superfície externa do para-brisa é
, enquanto a temperatura ambiente no interior do automóvel é
. Determine o valor do coeficiente de transferência de calor por convecção para o ar quente soprado sobre a superfície interna do para-brisa, necessário para derreter o gelo fino acumulado. Considere a superfície do para-brisa como uma placa plana.
Propriedades do ar são
e
e
. Outras propriedades termo físicas, se necessário, consultar o apêndice do livro texto.
Passo 1
O enunciado pede o coeficiente de convecção interno
de modo que o calor fornecido pelo ar quente e soprado no interior, passando pelo vidro e entregando a uma fina camada de gelo, seja suficiente para mantê-lo a
. O método envolve as resistências térmicas em série: convecção interna, condução no vidro e convecção externa.
Passo 2
Como o gelo fina está a derreter, a temperatura da superfície externa do vidro é
. O fluxo de calor por unidade de área no regime estacionário sai do ar externo a
e atravessa o filme externo de convecção com coeficiente
. Assim,
onde
.
Passo 3
Calculando numericamente
Passo 4
O calor
atravessa o vidro de condutividade
e espessura
. A diferença entre as temperaturas da face interna
e da face externa
é dada por
Substituindo,
Passo 5
Por fim, para manter esse fluxo, a convecção interna entre o ar a
e a face do vidro a
deve satisfazer
Assim,
Resposta
O coeficiente de convecção necessário no interior é