( ) 145. Em qual caso se justifica melhor o emprego de aletas: (a) um sistema submetido ao resfriamento usando ar por convecção forçada ou (b) um sistema submetido ao resfriamento usando água por convecção natural?
Passo 1
O enunciado pergunta em qual situação vale mais a pena usar aletas para melhorar a troca de calor: (a) resfriamento por ar em convecção forçada ou (b) resfriamento por água em convecção natural. O conteúdo envolve transferência de calor por convecção e o papel das aletas em aumentar a área de troca.
Passo 2
As aletas funcionam porque aumentam a área disponível para o calor “sair” do corpo sólido e entrar no fluido. Em resistência térmica isso aparece assim:
onde
é o coeficiente de convecção e
a área de superfície (que as aletas elevam). Quando
é pequeno,
é grande, logo a adição de área com aletas reduz significativamente a resistência total e melhora a troca de calor. Se
já for alto, a resistência convectiva é pequena e ampliar muito a área traz pouco ganho.
Passo 3
Compare os valores típicos de
nos dois casos:
- Para ar em convecção forçada costuma-se ter
- Para água em convecção natural tipicamente
Como
é bem menor que
, a resistência convectiva ao ar é maior. Logo, aumentar a área de troca (com aletas) traz ganho muito maior no caso do ar forçado do que no caso da água natural.
Resposta
(a) sistema submetido ao resfriamento usando ar por convecção forçada.