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:
²
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:
²

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 .

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Laminar: