Estudo Dirigido - Convecção Natural - Transmissão de Calor

Universidade Federal de Minas Gerais/Departamento de Engenharia Mecânica ESTUDO DIRIGIDO sobre CONVECÇÃO NATURAL Questão 1 (baseada em Incropera et al, 2008). Uma montagem vertical de placas planas, de dimensões H = 150 mm, L = 20 mm, W = 355 mm, t = 1.5mm, e está imersa no ar ambiente tranquilo, a T = 27oC. Admitindo que as placas operam a uma temperatura uniforme Ts = 77oC: PARTE I. Com base nos resultados para a convecção livre laminar sobre uma superfície vertical isotérmica num meio infinito e quiescente, calcular: 1. um valor mínimo para o espaçamento entre as placas Smin (Smin = 2δH, sendo δH a espessura de camada-limite em x=H - vide Fig. 9.4 do livro-texto) (sem fusão das camadas-limites de duas placas adjacentes) 2. o coeficiente convectivo médio; 3. a taxa de transferência de calor de uma placa; 4. o número de placas possível na montagem [W/(S+t)]; 5. a transferência de calor total das placas. PARTE II. considerando a montagem de placas como canais com paredes verticais planas, calcular? 6. um valor ótimo para o espaçamento entre as aletas (vide tabela do livro-texto); 7. o coeficiente convectivo médio no canal; 8. a taxa de transferência de calor total das placas. PARTE III. Comparar os coef. convectivos médios e as respectivas taxas de calor dissipadas calculados nas PARTE I e PARTE II. L H W t S Ar quiescente T Ts Questão 2 (baseada em Çengel, 2009). Uma placa vertical de 5 m de comprimento à temperatura uniforme de 85 oC é exposta a um escoamento forçado, paralelo, de ar a T∞= 30 oC. a) Determinar a velocidade do escoamento forçado de ar, a partir da qual a convecção natural pode ser desprezada. Obs.: a contribuição de ambos os mecanismos é relevante para 0.1 < GrL/(ReL)2 < 10. b) Para esse valor de velocidade, qual o coeficiente convectivo médio na convecção forçada? ========================================================================================================================================================= Questão 3 (Kreith et al, 2014). Um projeto de coletor solar consiste de diversos tubos paralelos, de parede fina e diâmetro de 0,10 m, sendo cada um concentricamente fechado em um tubo externo, de parede fina e diâmetro de 0,15 m, transparente à radiação solar. O espaço anular entre os tubos é preenchido com ar à pressão atmosférica (101,33 kPa). Em determinadas condições de operação, a superfície externa do tubo interno e a superfície interna do tubo externo apresentam as temperaturas (admitidas uniformes) de 70 oC e 30 oC, respectivamente. Qual a perda de calor por convecção por unidade de comprimento dos tubos? Referências Bibliográficas: Çengel, Y. A., Transferência de Calor e Massa – Uma Abordagem Prática, 3ª. Ed., Ed. McGraw-Hill, São Paulo, Brasil, 2009. Incropera, F, P., DeWitt, D. P., Bergman, T. L., Lavine, A. S., Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa, 6ª. Edição, Ed. LTC – GEN, RJ, Brasil, 2008. Kreith, F., Manglik, R. M., Bohn, M. S., Princípios de Transferência de Calor, Tradução da 7ª. Ed. Norte-Americana, Ed. CENGAGE Learning, São Paulo, Brasil, 2014.