Durante o processo de laminação, uma tira de aço
a
se desloca com velocidade de
. Sabendo que o ar e as paredes do ambiente estão a
. a) Explique de forma detalhada quais são os possíveis mecanismos envolvidos no resfriamento da tira.
Passo 1
Vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos uma tira de aço com emissividade
a uma temperatura de
que se move a uma velocidade de
. O ambiente, incluindo o ar e as paredes, está a
. O conteúdo da matéria envolvido aqui é a transferência de calor. Para resolver, vamos precisar entender os diferentes mecanismos de resfriamento que podem atuar nesse processo.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os três principais mecanismos de transferência de calor:
- Condução: Transferência de calor através de um material sólido, de regiões de maior para menor temperatura.
- Convecção: Transferência de calor por meio do movimento de fluidos, como o ar, ao redor do objeto.
- Radiação: Emissão de energia na forma de ondas eletromagnéticas, como a luz infravermelha, que ocorre mesmo sem contato direto.
Passo 3
Agora, vamos aplicar esses mecanismos ao caso da tira de aço:
-
Condução: Na tira de aço, o calor do interior se propaga para a superfície por condução. Como o aço é um bom condutor de calor, esse processo é eficiente.
-
Convecção: A tira está se movendo a
. Esse movimento gera uma camada de ar em movimento ao redor da tira, aumentando a transferência de calor por convecção. Além disso, como o ambiente está a , há uma diferença de temperatura que favorece a transferência de calor para o ar. -
Radiação: A tira de aço emite energia na forma de radiação infravermelha devido à sua alta temperatura. A emissividade
indica quanta energia é efetivamente emitida em relação a um corpo perfeito. Portanto, a radiação também contribui para o resfriamento da tira.
Resposta
Os principais mecanismos envolvidos no resfriamento da tira de aço durante o processo de laminação são a condução, que transfere o calor do interior para a superfície da tira; a convecção, potencializada pelo movimento da tira e a diferença de temperatura com o ambiente, que facilita a transferência de calor para o ar ao redor; e a radiação, onde a tira emite energia térmica na forma de ondas infravermelhas devido à sua temperatura elevada. Todos esses processos atuam de forma conjunta para reduzir a temperatura da tira de aço de
para mais próximo dos
do ambiente.
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?
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Durante o processo de laminação, uma tira de aço
a
se desloca com velocidade de
. Sabendo que o ar e as paredes do ambiente estão a
. b) Simplifique esse sistema (justifique a simplificação) e estime a taxa de perda de calor da tira para o ar. Levando em consideração a transferência de calor nas superfícies superior e inferior da placa, e desprezando efeitos da radiação e de condução: