Questão 5. Um resistor elétrico do tipo fio metálico com 50 cm de comprimento e diâmetro de
submerso em água é utilizado para estimar experimentalmente o coeficiente de transferência de calor por convecção na região de mistura líquido e vapor saturada à
. Sabendo-se que a temperatura na superfície do fio é de
quando um amperímetro indica consumo de potência elétrica de
, determine o coeficiente convectivo.
Passo 1
Beleza, temos um fio metálico de comprimento
m e diâmetro
cm (ou seja
m) mergulhado numa mistura saturada de água-vapor a
kPa, cuja temperatura de bulbo está em
C. O fio é aquecido até uma temperatura de superfície
C e consome
kW de potência elétrica.
Conteúdo: transferência de calor por convecção (Lei de Newton do resfriamento). Vamos usar a fórmula
Conteúdo: transferência de calor por convecção (Lei de Newton do resfriamento). Vamos usar a fórmula
para achar o coeficiente
Passo 2
Calcular a área de troca térmica do fio. Como ele é cilíndrico, a área lateral vale
Substituindo:
Passo 3
Aplicar a Lei de Newton do resfriamento na forma de potência (taxa de calor):
Aqui
Isolando
$$h = \frac{P}{A,(T_s - T_\infty)}
= \frac{4{,}1\times10^3}{0{,}00314 \times 30}
\approx 4{,}35\times104 \mathrm{W/m2K}.$$
Resposta
O coeficiente de transferência de calor por convecção vale aproximadamente