Aletas são usadas para aumentar a transferência de calor, aumentando a área de troca, contudo, sua eficiência não é 100 %. De acordo com a definição de eficiência, qual parâmetro deve ser garantido para atingir uma alta eficiência? Explique com suas palavras porque um escoamento com alto coeficiente de transferência de calor por convecção gera eficiências menores nas aletas.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre a eficiência das aletas usadas para aumentar a transferência de calor. A matéria envolvida aqui é transferência de calor por convecção e eficiência térmica das aletas. Para resolver, precisamos entender como a eficiência das aletas é definida e quais parâmetros influenciam para que a eficiência seja alta.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é uma aleta. Aletas são extensões nas superfícies de troca térmica (como radiadores ou dissipadores de calor) que aumentam a área disponível para transferência de calor, melhorando assim a eficiência da troca térmica.

Passo 3

A eficiência de uma aleta é definida como a razão entre a transferência de calor real da aleta e a transferência de calor que seria possível se toda a aleta estivesse na mesma temperatura da base. Matemática, isso fica:
Eficiência (eta) = QrealQideal ê
Onde:
  • é a transferência de calor real da aleta.
  • é a transferência de calor se a aleta estivesse toda na temperatura da base.

Passo 4

Para garantir uma alta eficiência, precisamos que a diferença de temperatura entre a aleta e o fluido circundante seja pequena ao longo de toda a aleta. Isso significa que a aleta deve manter uma temperatura relativamente uniforme, permitindo uma transferência de calor eficiente.

Passo 5

Agora, por que um alto coeficiente de transferência de calor por convecção ( ) gera eficiências menores nas aletas? Vamos pensar nisso: quando é alto, o fluido consegue remover o calor da aleta muito rapidamente. Isso faz com que a aleta perca calor rapidamente, mantendo pouca diferença de temperatura entre a aleta e o fluido.

Passo 6

Com uma diferença de temperatura pequena, a quantidade total de calor transferido pela aleta é menor em comparação com a situação ideal onde a diferença de temperatura é máxima. Assim, mesmo com uma maior área de troca devido às aletas, a eficiência diminui porque a capacidade da aleta de transferir calor efetivamente não é totalmente utilizada.

Resposta

Para alcançar uma alta eficiência nas aletas, é necessário garantir uma pequena diferença de temperatura entre a aleta e o fluido ambiente. Além disso, um alto coeficiente de transferência de calor por convecção resulta em eficiências menores porque a aleta perde calor muito rapidamente, mantendo a diferença de temperatura baixa e, consequentemente, reduzindo a transferência de calor efetiva em relação ao ideal.

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