Questão 2.2: A parede externa de um secador industrial tem altura igual a 10 m , a temperatura média na superfície externa da parede é
. Considere que O equipamento se encontra instalado em um ambiente cuja temperatura é igual a
. Determine o coeficiente convectivo de transferência de calor entre a parede externa e o meio ambiente.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício sobre transferência de calor por convecção. O enunciado fala que a parede externa de um secador industrial tem 10 metros de altura, com temperatura na superfície de 50°C, e o ambiente ao redor está a 30°C. Nosso objetivo é descobrir o coeficiente convectivo de transferência de calor entre a parede e o ambiente. Para resolver isso, vamos usar a teoria de transferência de calor por convecção, que envolve entender como o calor passa de uma superfície para o ar ao redor.
Passo 2
Primeiro, precisamos lembrar que a transferência de calor por convecção pode ser calculada usando a Lei de Resfriamento de Newton. Essa lei diz que a quantidade de calor transferida por convecção é proporcional à diferença de temperatura entre a superfície e o ambiente, multiplicada pela área da superfície e pelo coeficiente convectivo
. A fórmula é:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor (em watts, W) -
é o coeficiente convectivo (em W/m²·°C) -
é a área da superfície (em m²) -
é a diferença de temperatura (em °C)
Passo 3
O problema nos dá a altura da parede, que é 10 m, e as temperaturas: 50°C na parede e 30°C no ambiente. A diferença de temperatura
é então:
Passo 4
Precisamos calcular a área
da parede. Supondo que a parede seja retangular e considerando apenas a altura (10 m) e assumindo que a largura seja, por exemplo, 1 metro (como não foi especificado), a área seria:
Se a largura for diferente, basta ajustar o cálculo conforme necessário.
Passo 5
Agora, precisamos isolar o coeficiente convectivo
na fórmula. Rearranjando a fórmula da Lei de Resfriamento de Newton:
Mas precisamos de
, a taxa de transferência de calor. Se
não for fornecido diretamente, talvez seja necessário derivá-lo de outras informações, como potência do secador ou condições de operação. Supondo que não temos outras informações, o exercício pode estar pedindo para expressar
em termos de
.
Passo 6
Portanto, sem o valor de
, a resposta geral para o coeficiente convectivo fica:
Resposta
O coeficiente convectivo de transferência de calor entre a parede externa e o meio ambiente é dado por:
Para determinar
numericamente, é necessário conhecer a taxa de transferência de calor
.