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;
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:
-
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.
-
-
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:
Passo 4
Perceba que a área
aparece dos dois lados da equação, então podemos simplificar cancelando-a:
Agora, queremos encontrar
, então vamos isolar
:
Passo 5
Vamos identificar agora os valores que temos:
-
é a diferença de temperatura através da placa, que é . -
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:
Resposta
O coeficiente de convecção térmica é aproximadamente 783,33 W/(m²·K).
Exercícios relacionados
Em uma tubulação cujo diâmetro é variável, a água escoa do ponto 1 para o ponto 2. No ponto 1 a velocidade é de
e no ponto 2 é de
. A pressão no ponto 1 é de
e no ponto 2 é de 1atm. Calcule o desnível h entre os pontos 1 e 2 tomando como nível de referência o ponto 1.
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;
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;
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.