Enunciado

Para um processo de ebulição, como o mostrado na Figura 1.5c, a temperatura ambiente T ∞ na lei do resfriamento de Newton é substituída pela temperatura de saturação do fluido T s a t . Considere uma condição na qual o fluxo térmico a partir da placa quente é q " = 20   .   10 5   W / m 2 . Se o fluido for água a pressão atmosférica e o coeficiente de transferência de calor por convecção for h a = 20   .   10 3   W / ( m 2   .   K ) , determine a temperatura da superfície superior da placa, T s , a . Em um esforço para minimizar a temperatura superficial, um técnico propõe trocar a água por um fluido dielétrico, cuja temperatura de saturação é T s a t ,   d = 52 ° C . Se o coeficiente de transferência de calor associado ao fluido dielétrico for h d = 3   .   10 3   W / ( m 2   .   K ) , o plano do técnico vai funcionar?

Passo 1

Fala aí! Vamos resolver essa questão para fortalecer nossos conhecimentos? Partiu!

Bem, o enunciado pede pra gente achar a temperatura da superfície e depois verificar a ideia do técnico de substituir o fluido… Mas antes de tudo vamos começar anotando todos os nossos dados pra gente não se perder, ok?

q " = 20   .   10 5   W / m 2

h a = 20   .   10 3   W / ( m 2   .   K )

T s a t ,   d = 52 ° C

h d = 3   .   10 3   W / ( m 2   .   K )

Agora sim!

Passo 2

Vamos usar a equação da transferência de calor por convecção, beleza?

q " = h   .   T s - T s a t

Precisamos achar a temperatura, então vamos isolar ela na equação para resolver, assim olha só:

T s = T s a t + q " h

Agora vamos começar encontrando a temperatura, tendo a água como fluido:

T s ,   a = T s a t ,   a + q " h a

A T s a t ,   a já é nossa conhecida, certo? Então vamos substituir:

T s ,   a = 100 ° C + 20   .   10 5     W / m 2 20   .   10 3   W / ( m 2   .   K )

Aqui a gente não precisa se preocupar em converter a temperatura de Celsius pra Kelvin já que o resultado da divisão é uma variação de temperatura ( Δ T ) , que vale o mesmo nas duas unidades. Só fica atento pra escrever o resultado na mesma unidade da temperatura T s a t ,   a .

Então bora pras contas!

T s ,   a = 100 + 20   .   10 5 20   .   10 3

T s ,   a = 200 ° C

Agora vamos fazer o mesmo para o fluido dielétrico!

Passo 3

Vamos nessa!

T s ,   d = T s a t ,   d + q " h d

T s ,   d = 52 + 20   .   10 5 3   .   10 3

T s ,   d = 719 ° C

Uhul! Conseguimos! E vemos que a ideia do técnico não vai funcionar, pois a temperatura da superfície é maior quando usamos o fluido dielétrico.

Resposta

T s ,   á g u a = 200 ° C T s ,   d i e l é t r i c o = 719 ° C

A ideia do técnico não vai funcionar.

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

O que é convecção forçada externa? Como se difere da convecção forçada interna? Um sistema de transferência de calor pode envolver tanto convecção interna como externa ao mesmo tempo? Dê um exemplo.
Quando a transferência de calor através do fluido ocorre por condução e quando ocorre por convecção? Para qual caso a taxa de transferência de calor é mais elevada? Qual a diferença entre coeficiente
Em qual modalidade de transferência de calor o coeficiente de transferência de calor por convecção é normalmente mais elevado: convecção natural ou convecção forçada? Por quê?
Considere uma batata assada quente. A batata esfriará mais rápido ou mais devagar quando soprarmos ar morno proveniente dos nossos pulmões, em vez de deixa-la esfriar naturalmente no ar mais frio no a
A superfície superior de uma placa sólida ( k = 237W / mK ) de 50c m de espessura está sendo refrigerada por água na temperatura de 20 ℃ ℃. As superfícies superior e inferior da placa sólida são manti