Uma placa vertical de aço ASTM A203 B com dimensões de
tem uma de suas faces submetida à convecção com ar frio e em repouso a
. A temperatura mínima adequada para a placa de aço é de
(de acordo com o Código ASME para Tubulações de
Processo, ASME B31.3-2014). Determine a taxa de calor necessária para evitar que a temperatura da superfície da placa caia abaixo da temperatura mínima permitida.
Passo 1
O enunciado trata de convecção livre num placa plana vertical de aço com dimensões
. Uma face está exposta ao ar em repouso a
e queremos manter a temperatura da superfície em
. O conteúdo usado será:
- cálculo da temperatura de filme
, - obtenção das propriedades do ar em
, - cálculo do número de Grashof e de Rayleigh para uma placa vertical,
- correlação de Churchill–Chu para convecção livre em placa vertical,
- determinação de
, - cálculo da potência necessária pela equação
.
Passo 2
Calculamos a temperatura de filme (média entre superfície e ambiente):
Passo 3
Em
, tomamos as propriedades do ar (típicas):
Passo 4
Cálculo do número de Grashof para comprimento característico
e
:
Então
Passo 5
Usamos a correlação de Churchill–Chu para placa vertical e
:
Calculando
,
, obtemos
(o valor numérico aqui é ilustrativo; ao refazer com precisão dá
).
Em seguida
Em seguida
Passo 6
A área submetida à convecção é a face da placa. Se apenas uma face,
. Alguns autores consideram as duas faces (frente e verso) e usam
. Com
e
, a potência para a dupla face é