Do que depende o coeficiente de transferência de calor por convecção na lei do resfriamento de Newton? Quais são suas unidades?

Passo 1

Vamos lá! A questão pergunta sobre o que o coeficiente de transferência de calor por convecção na lei do resfriamento de Newton depende e quais são suas unidades. Estamos no campo da transferência de calor, especificamente tratando da convecção. Para resolver, vamos precisar entender a lei do resfriamento de Newton e os fatores que influenciam o coeficiente de transferência de calor.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar a lei do resfriamento de Newton, que diz que a taxa de perda de calor de um corpo é proporcional à diferença de temperatura entre o corpo e o ambiente. A fórmula é:
Onde:
  • é o fluxo de calor,
  • é o coeficiente de transferência de calor por convecção,
  • é a área de superfície,
  • é a diferença de temperatura.

Passo 3

Agora, vamos focar no coeficiente de transferência de calor por convecção ( ). Esse coeficiente depende de vários fatores que afetam como o calor é transferido entre a superfície do corpo e o fluido ao redor. Os principais fatores são:
  1. Propriedades do fluido:
    • Viscosidade: Quanto mais viscoso, mais difícil para o fluido se mover.
    • Condutividade térmica: Quanto melhor o fluido conduz calor.
    • Capacidade térmica: Quanto mais calor o fluido pode armazenar.
  2. Características do fluxo:
    • Tipo de fluxo: Laminar ou turbulento. Fluxos turbulentos geralmente aumentam .
    • Velocidade do fluido: Maior velocidade pode aumentar a transferência de calor.
  3. Geometria da superfície:
    • Área de superfície ( ): Superfícies maiores podem aumentar a transferência de calor.
    • Forma da superfície: Formas que promovem turbulência podem aumentar .
  4. Diferença de temperatura: Embora a diferença de temperatura não afete diretamente , ela influencia a taxa de transferência de calor.

Passo 4

Agora, vamos determinar quais são as unidades do coeficiente de transferência de calor por convecção ( ). Olhando a fórmula da lei do resfriamento de Newton:
Sabemos que:
  • tem unidades de energia por tempo ( ou ),
  • tem unidades de área ( ),
  • tem unidades de temperatura ( ou ).
Rearranjando para encontrar :
Então, as unidades de seriam:
Ou, equivalente:

Resposta

O coeficiente de transferência de calor por convecção na lei do resfriamento de Newton depende das propriedades do fluido (como viscosidade, condutividade térmica e capacidade térmica), das características do fluxo (tipo de fluxo e velocidade do fluido), e da geometria da superfície (área e forma). Suas unidades são .

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