A superfície de uma placa plana de 3 m de comprimento é mantida a
e água a temperatura de
e velocidade de
escoa sobre a superfície.
a) Calcule a taxa de transferência de calor por unidade de largura da placa (
pts).
b) Se um arame fosse colocado próximo à borda de ataque para induzir turbulência sobre todo o comprimento total, qual seria a taxa de transferência de calor? ( 3 pts)
c) Em qual situação a troca de calor foi maior? Justifique. (2 pts)
Propriedades da água:
a) Calcule a taxa de transferência de calor por unidade de largura da placa (
b) Se um arame fosse colocado próximo à borda de ataque para induzir turbulência sobre todo o comprimento total, qual seria a taxa de transferência de calor? ( 3 pts)
c) Em qual situação a troca de calor foi maior? Justifique. (2 pts)
Passo 1
O enunciado trata de convecção forçada de água sobre uma placa plana de comprimento
, largura unitária e temperatura da superfície
. A água escoa a
e temperatura ambiente
. Precisamos calcular a taxa de calor por unidade de largura
- (a) no regime natural de transição (laminar até
e depois turbulento), - (b) no caso de turbulência forçada desde a aresta de ataque.
Para isso usamos as correlações locais de Nusselt
e para escoamento totalmente turbulento sobre comprimento
:
Passo 2
Calculamos as propriedades eficazes e números adimensionais:
o número crítico
define a posição de transição
Passo 3
Para calcular a taxa de calor por unidade de largura no regime misto integramos
. O resultado padrão das integrais é
Passo 4
Inserindo valores numéricos:
Calculamos o colchete:
Calculamos o colchete:
Logo
Passo 5
Para turbulência total usamos
Passo 6
Comparando as duas situações,
W/m é maior que
W/m, pois a convecção turbulenta aumenta significativamente o coeficiente de transferência de calor.
Resposta
(a)
(b)
(c) A transferência de calor é maior na situação totalmente turbulenta, já que o regime turbulento gera coeficientes de convecção mais elevados.
(b)
(c) A transferência de calor é maior na situação totalmente turbulenta, já que o regime turbulento gera coeficientes de convecção mais elevados.