Questão 4 (2 Pontos) - Vapor d’água escoa paralelamente sobre a superficie de uma placa de 1 m de comprimento. O vapor escoa a uma velocidade de
com temperatura de
. Um parafuso de Cu-Si (ASTM B98) está embutido na placa, na metade do seu comprimento. A temperatura máxima de uso para o parafuso é de
. Para projelar um mecanismo đe resfriamento que impeça o parafuso de ultrapassar essa temperatura máxima de uso, toma-se necessário determinar o fluxo de calor local no ponto onde o parafuso está embutido. Se a superficie da placa for mantida na temperatura máxima de uso do parafuso, qual é o fluxo de calor local proveniente do vapor de água quente no ponto onde o parafuso está localizado?
Considere para o vapor d’água:
Considere para o vapor d’água:
Passo 1
O enunciado trata de convecção forçada de vapor d’água ao longo de uma placa de comprimento
com velocidade livre
e temperatura do escoamento
. Na posição
a placa é mantida a
(temperatura máxima do parafuso). Queremos o fluxo de calor local
para o ponto
. Precisamos então determinar o coeficiente de filme convectivo
usando correlações para camada limite laminar sobre placa plana.
Passo 2
Verificamos o regime de escoamento calculando o número de Reynolds local
Para
e
, teremos
abaixo do valor crítico
, ou seja, escoamento laminar até esse ponto.
Passo 3
Cálculo numérico de
:
Passo 4
Para escoamento laminar sobre placa plana a correlação local de Nusselt é
Substituindo
e
, obtém-se
Passo 5
O coeficiente de convecção local é
com
e
. Logo,
Passo 6
Finalmente, o fluxo de calor local é
Resposta
O fluxo de calor local no ponto do parafuso é aproximadamente