Ar quente a
é soprado ao longo de uma superficie plana com formato retangular de
a uma temperatura de
. Considerando que o coeficiente médio de transferência de calor por convecção é de
, determine a taxa de transferência de calor para a placa.
Passo 1
O enunciado pede a taxa de transferência de calor para a placa (isto é, quanta potência térmica é transferida do ar quente para a placa). Informações fornecidas:
Objetivo: calcular a taxa de transferência de calor
(em watts) para a placa.
Passo 2
Fórmula que usamos para convecção forçada sobre uma superfície plana (forma usual):
Explicando cada termo:
-
é a taxa de transferência de calor (potência), em . -
é o coeficiente convectivo médio, em . -
é a área da superfície exposta ao escoamento, em . -
é a temperatura do fluido que escoa (aqui o ar), em . -
é a temperatura da superfície (a placa), em .
Observação importante: diferenças de temperatura em graus Celsius são numericamente iguais a diferenças em kelvin, então podemos usar diretamente.
Passo 3
Calcular a área da placa. Multiplicamos as dimensões:
Explanação rápida: basta multiplicar comprimento por largura; mantenha as unidades em metros para obter
.
Passo 4
Calcular a diferença de temperatura entre o ar e a placa:
Lembrete:
em
pode ser usada diretamente na fórmula com
em
.
Passo 5
Agora substituímos na fórmula passo a passo. Primeiro calcule
:
Agora multiplicamos pelo
:
Fazendo a multiplicação:
Portanto
Interpretação: como o ar está mais quente que a placa, esta é a potência cedida pelo ar para a placa (fluxo de calor do ar para a placa).
Passo 6
Verificação de unidades e escala:
é unidade de potência, resultado coerente. Em quilowatts:
Força final de ânimo: é isso — fizemos cada passo explícito para você repetir facilmente na prova.