Questão 2 - Convecção Forçada
Um vento constante de
passa sobre um tubo metálico exposto ao ar ambiente a
. A superfície do tubo está a
. Sabendo que o coeficiente de convecção forçada é
e o diâmetro do tubo é
, determine a taxa de transferência de calor por metro de tubo.
Passo 1
O enunciado pede que eu determine a taxa de transferência de calor por metro de tubo (ou seja, potência por unidade de comprimento).
Informações fornecidas pelo enunciado:
Informações fornecidas pelo enunciado:
Pergunta explícita: calcular a taxa de transferência de calor por metro de tubo (ou seja,
em
).
Passo 2
Vou apresentar a fórmula básica de convecção que usamos aqui e explicar o que cada símbolo significa. A taxa de calor por uma superfície é dada por:
Explicação das variáveis:
Observação importante (didática): a diferença de temperatura
pode ser em graus Celsius ou em kelvin — a diferença numérica é a mesma — então não precisamos converter as temperaturas para kelvin para calcular uma diferença.
Passo 3
Como a questão pede a taxa por metro de tubo, é mais prático trabalhar com área por unidade de comprimento (área lateral por metro). Para um cilindro (tubo) de diâmetro
, a área lateral por unidade de comprimento
é o perímetro:
Unidade:
. Ou seja, multiplicando
por 1 metro obtemos a área lateral desse metro de tubo.
Passo 4
Calculo a diferença de temperatura:
Reforçando: escrevi a resposta em
apenas por consistência de unidade, mas numericamente é
.
Passo 5
Agora aplico a fórmula para potência por unidade de comprimento (denotada por
):
Substituindo
,
,
e
:
Faço as contas passo a passo:
logo
Convertendo para valor numérico (usar
):
Passo 6
Verificação de unidades:
em
vezes
em
vezes
em
dá
, que é justamente a unidade desejada (potência por metro). Tudo consistente. Bom trabalho — mesmo com pouco tempo, aplicar a fórmula certa e cuidar das unidades resolve o problema.