Questão 1: Num túnel de vento, ar a
a
flui sobre uma placa plana de
. A temperatura da placa é de
. Um dos lados da placa está disposto paralelamente à direção do escoamento, de mocio que a transferência de calor é menor, calcule :
(i) Taxa de transferência de calor de um dos lados da placa.
(ii) A taxa inicial de arrefecimento por hora da placa, se a massa da placa for 5 kg e o calor específico for
.
(iii) Se o fluxo for interrompido, calcule a taxa de calor da superfície superior da placa em ar parado a
(iv) Qual é a variação percentual da taxa térmico
(i) Taxa de transferência de calor de um dos lados da placa.
(ii) A taxa inicial de arrefecimento por hora da placa, se a massa da placa for 5 kg e o calor específico for
(iii) Se o fluxo for interrompido, calcule a taxa de calor da superfície superior da placa em ar parado a
(iv) Qual é a variação percentual da taxa térmico
Passo 1
Então, vamos lá! A gente tem uma placa plana de
que está sendo soprada por ar a
com velocidade de
. A placa está a
. Um dos lados da placa está paralelo ao vento, e queremos calcular a taxa de transferência de calor desse lado. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por convecção e mecânica dos fluidos, especificamente as equações de Nusselt para fluxo sobre placas planas.
Passo 2
Primeiro, precisamos calcular o número de Reynolds (
) para determinar o regime de escoamento (laminar ou turbulento). A fórmula é:
Mas como temos a viscosidade cinemática (
), podemos usar:
Onde:
-
(velocidade do ar) -
(comprimento da placa) -
(viscosidade cinemática)
Vamos calcular:
Passo 3
Agora, vamos calcular o número de Nusselt (
), que relaciona a transferência de calor convectiva com a condução térmica. Para escoamento forçado laminar sobre uma placa plana, a correlação é:
Onde
é o número de Prandtl, dado como
.
Vamos calcular:
Primeiro,
E
Então,
Passo 4
Com o número de Nusselt, podemos encontrar o coeficiente de transferência de calor (
) usando:
Rearranjando para
:
Onde
e
.
Substituindo:
Passo 5
Finalmente, vamos calcular a taxa de transferência de calor (
) usando a Lei de Resfriamento de Newton:
Onde:
-
(área da placa) - $\Delta T = 35 - 15 = 20^{\circ} \mathrm{C} $
Substituindo os valores:
Resposta
A taxa de transferência de calor de um dos lados da placa é aproximadamente
.