A Lei de Resfriamento de Newton é utilizada para expressar a convecção entre um fluido e uma superfície através da diferença de temperatura entre a temperatura no interior do fluido (T subscript infinity) e a temperatura na superfície sólida (Ts) e dessa forma possibilita do cálculo do fluxo de calor relacionado ao mecanismo de convecção. Uma placa de aço de 6 m squared a uma temperatura de 100 C presuperscript o recebe um fluxo de calor de 400 W/m squared de um fluido que se encontra a 150 C presuperscript o. Qual o valor do coeficiente de convecção térmica para este processo e qual a taxa de transferência de calor? Escolha uma:
a.8 fraction numerator W over denominator m squared cross times K end fraction e 2400 W b.50 fraction numerator W over denominator m squared cross times K end fraction e 400 W c.400 fraction numerator W over denominator m squared cross times K end fraction e 100 W d.2 fraction numerator W over denominator m squared cross times K end fraction e 150 W e.5 fraction numerator W over denominator m squared cross times K end fraction e 600 W
a.8 fraction numerator W over denominator m squared cross times K end fraction e 2400 W b.50 fraction numerator W over denominator m squared cross times K end fraction e 400 W c.400 fraction numerator W over denominator m squared cross times K end fraction e 100 W d.2 fraction numerator W over denominator m squared cross times K end fraction e 150 W e.5 fraction numerator W over denominator m squared cross times K end fraction e 600 W
Passo 1
Então, vamos lá! O exercício fala sobre a Lei de Resfriamento de Newton, que nos ajuda a entender como o calor é transferido por convecção entre um fluido e uma superfície. A gente tem uma placa de aço com área de 6 m² a 100°C e um fluido a 150°C está transferindo calor para essa placa com um fluxo de 400 W/m². Nosso objetivo é descobrir o coeficiente de convecção térmica (h) e a taxa de transferência de calor (Q).
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a taxa de transferência de calor (Q). A fórmula que usamos é:
onde:
- $ q’’ $ é o fluxo de calor por área (400 W/m²),
- $ A $ é a área da placa (6 m²).
Substituindo os valores:
Então, a taxa de transferência de calor é 2400 W.
Passo 3
Agora, vamos encontrar o coeficiente de convecção térmica (h). A Lei de Resfriamento de Newton nos dá essa relação:
Onde:
- $ Q $ é a taxa de transferência de calor (2400 W),
- $ A $ é a área da placa (6 m²),
- $ \Delta T $ é a diferença de temperatura entre o fluido e a superfície sólida (150°C - 100°C = 50°C).
Rearranjando a fórmula para encontrar h:
Então, o coeficiente de convecção térmica é 8 W/m²·K.
Resposta
A alternativa correta é a letra a:
e 2400 W.