Uma placa aquecida eletricamente dissipa calor por convecção (tensão de 200 V e corrente de 40 A ), para o ambiente que se encontra a
. Considerando regime permanente e que a superfície da placa permanece com temperatura de
, determine o coeficiente de transferência de calor por convecção. Despreze efeitos de radiação.
Passo 1
Vamos resumir o que o exercício está pedindo. Temos uma placa elétrica que está dissipando calor por convecção. A placa está conectada a uma fonte com tensão de 200 V e corrente de 40 A. A temperatura ambiente é de
, e a superfície da placa mantém uma temperatura constante de
. Nosso objetivo é determinar o coeficiente de transferência de calor por convecção, conhecido como
. Para resolver isso, vamos precisar entender como a energia elétrica é convertida em calor e como esse calor é transferido para o ambiente através da convecção.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a potência elétrica dissipada pela placa. A potência elétrica (
) pode ser encontrada multiplicando a tensão elétrica (
) pela corrente elétrica (
):
Substituindo os valores fornecidos:
Isso significa que a placa está convertendo 8000 watts de energia elétrica em calor.
Passo 3
Em regime permanente, a quantidade de calor gerada pela placa é igual à quantidade de calor dissipada para o ambiente. Podemos expressar isso com a seguinte equação de transferência de calor por convecção:
Onde:
-
é a potência dissipada (em watts), -
é o coeficiente de transferência de calor por convecção (em W/(m²·K)), -
é a área da superfície da placa (em m²), -
é a diferença de temperatura entre a superfície da placa e o ambiente (em K ou °C).
Passo 4
Nosso objetivo é encontrar o coeficiente
. Para isso, vamos reorganizar a equação:
A diferença de temperatura (
) é:
Portanto, temos:
Resposta
O coeficiente de transferência de calor por convecção é dado por
, onde
é a área da superfície da placa. Para determinar numericamente
, precisamos conhecer o valor de
. Se, por exemplo,
, então
.