1.13 Sobre uma placa lisa, aquecida a
, corre água à temperatura média de
. Se o coeficiente de transferência de calor for de
, determine a transferência de calor por metro quadrado da placa durante 5 horas.
Resposta: 216 MJ.
Passo 1
O que o enunciado pede e os dados fornecidos. O enunciado pede: determinar a transferência de calor por metro quadrado da placa durante
horas. Dados fornecidos:
- Temperatura da placa (superfície):
. - Temperatura média da água (fluido):
. - Coeficiente de transferência convectiva:
. - Tempo de operação:
.
Passo 2
Explicando a fórmula que vamos usar (aula rápida e prática). Para transferência de calor por convecção sobre uma superfície plana, a densidade de fluxo de calor (potência por área) é dada por:
onde:
-
é o fluxo de calor por unidade de área, em (watts por metro quadrado); isso significa joules por segundo por metro quadrado. -
é o coeficiente convectivo em . -
é a temperatura da superfície em . -
é a temperatura do fluido distante da superfície em .
A equação diz: a potência por área que sai da placa é proporcional à diferença de temperatura entre placa e fluido.
Passo 3
Calcular a diferença de temperatura
. Subtraindo:
Passo 4
Calcular o fluxo de calor por unidade de área
usando a fórmula. Substituindo
e
:
Interpretação: isso significa
joules por segundo por metro quadrado.
Passo 5
Converter o tempo de
horas para segundos (porque
). Fazendo a conversão:
Passo 6
Calcular a energia total por metro quadrado multiplicando o fluxo por área pelo tempo:
Converter para megajoules (
):
Dica rápida para a prova: calcule
(W/m²) e multiplique por
s. Fazer
percebendo que é
com seis zeros extras dá
com seis zeros →
J.