Uma superfície plana quadrada, de 15 m de lado, colocada na horizontal, deve ser resfriada com ar de tal maneira que a temperatura em toda a superfície seja igual a 60^{\circ} \mathrm{C}, quando a temperatura do ar é de 25^{\circ} \mathrm{C}. Estando o ar fluindo com uma velocidade de 0,9 \mathrm{~m} / \mathrm{s}, determine:
a) a taxa térmica (q) de convecção em toda a superfície da placa.
b) a taxa térmica (q) de convecção na superfície da placa entre \mathrm{x}=8 \mathrm{~m} \mathrm{e} \mathrm{x}=12 \mathrm{~m}.
Considere para o ar, na temperatura do filme: \operatorname{Pr}=0,71 ; v=1,78 \times 10^{-5} \mathrm{~m}^{2} / \mathrm{s} ; \mathrm{k}=0,0267 \mathrm{~W} / \mathrm{mK}
Passo 1
O enunciado pede a taxa de calor por convecção de um ar forçado fluindo sobre uma placa plana de comprimento L=15,m e largura W=15,m, com temperatura da placa T_s=60^\circ\mathrm{C} e temperatura do ar livre T_\infty=25^\circ\mathrm{C}. O fluxo do ar tem velocidade v_\infty=0{,}9,m/s e nas condições do filme usamos \Pr=0{,}71, \nu=1{,}78\times10^{-5},m^2/s e k=0{,}0267,W/mK.
Para resolver, vamos:
– Calcular o número de Reynolds baseado em L e a posição de transição x_{cr}.
– Determinar se o escoamento sobre toda a placa é laminar, turbulento ou misto.
– Usar a correlação de Nusselt média adequada para o escoamento misto e obter o coeficiente de convecção médio h.
– Calcular q = h\,A\,(T_s-T_\infty).
– Para a parte (b), integrar a distribuição local de h(x) de x=8 a x=12.