Óleo motor a uma temperatura de escoa a sobre uma espessa placa de aço (AISI 1010) cuja temperatura da superficie superior (em contato com o óleo) é de e a temperatura da face inferior é de . A placa possui 15 m de comprimento por 10 metros de largura e uma espessura de 100 cm . Para condições de regime estacionário, determine:
b. O coeficiente convecção térmica;

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo! Temos um óleo motor a 74°C escoando a 1 m/s sobre uma placa grossa de aço (AISI 1010). A temperatura na superfície superior da placa (onde está em contato com o óleo) é de 80°C, e na face inferior é de 174°C. A placa tem 15 metros de comprimento, 10 metros de largura e 1 metro de espessura.
O que precisamos encontrar aqui é o coeficiente de convecção térmica. Para isso, vamos usar conceitos de condução e convecção de calor em regime estacionário, ou seja, quando as temperaturas não mudam com o tempo.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar algumas fórmulas importantes:
  1. Lei de Fourier para condução de calor:
    Onde:
    • é a taxa de transferência de calor por condução,
    • é a condutividade térmica do material,
    • é a área através da qual o calor está sendo transferido,
    • é a diferença de temperatura,
    • é a espessura do material.
  2. Lei de Resfriamento de Newton para convecção:
    Onde:
    • é a taxa de transferência de calor por convecção,
    • é o coeficiente de convecção térmica,
    • é a diferença de temperatura entre a superfície e o fluido.

Passo 3

Como estamos em regime estacionário, a quantidade de calor que é conduzida pela placa deve ser igual à quantidade de calor que é transferida por convecção para o óleo. Ou seja:
Substituindo as fórmulas:
ó

Passo 4

Perceba que a área aparece dos dois lados da equação, então podemos simplificar cancelando-a:
ó
Agora, queremos encontrar , então vamos isolar :
ó

Passo 5

Vamos identificar agora os valores que temos:
  • é a diferença de temperatura através da placa, que é .
  • ó é a diferença de temperatura entre a superfície da placa e o óleo, que é .
  • é a espessura da placa, que é 1 metro.
Precisamos também da condutividade térmica ( ) do aço AISI 1010. Buscando na tabela de propriedades térmicas, encontramos que para esse tipo de aço.

Passo 6

Agora, substituímos os valores na fórmula:
²²

Resposta

O coeficiente de convecção térmica é aproximadamente 783,33 W/(m²·K).

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Óleo motor a uma temperatura de escoa a sobre uma espessa placa de aço (AISI 1010) cuja temperatura da superficie superior (em contato com o óleo) é de e a temperatura da face inferior é de . A placa possui 15 m de comprimento por 10 metros de largura e uma espessura de 100 cm . Para condições de regime estacionário, determine:
a. A taxa de calor transferido para o Óleo;
Óleo motor a uma temperatura de escoa a sobre uma espessa placa de aço (AISI 1010) cuja temperatura da superficie superior (em contato com o óleo) é de e a temperatura da face inferior é de . A placa possui 15 m de comprimento por 10 metros de largura e uma espessura de 100 cm . Para condições de regime estacionário, determine:
c. Qual é o regime de escoamento a 5 metros da aresta frontal;
Óleo de motor a escoa ao longo da superfície superior de uma placa plana de 10 m de comprimento cuja temperatura é de , com uma velocidade de . Determinar a força total de arrasto e a taxa de transferência de calor por unidade de largura de toda a placa.