Quando a transferência de calor através do fluido ocorre por condução e quando ocorre por convecção? Para qual caso a taxa de transferência de calor é mais elevada? Qual a diferença entre coeficiente de transferência de calor por convecção e condutividade térmica de fluido?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado pergunta quando a transferência de calor em um fluido acontece por condução ou por convecção. Também quer saber em qual dos dois casos a taxa de transferência de calor é maior e qual é a diferença entre o coeficiente de transferência de calor por convecção e a condutividade térmica do fluido. Para resolver isso, vamos precisar entender os conceitos de condução e convecção, além das fórmulas que descrevem cada um.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre condução. Condução é a transferência de calor através de um material sem que haja movimento do próprio material. Isso acontece porque as moléculas do material vibram e passam energia para as moléculas próximas. A equação que descreve a condução de calor é a Lei de Fourier:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor, -
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.
Passo 3
Agora, vamos para a convecç��o. Convecção é a transferência de calor que ocorre devido ao movimento do fluido. Isso pode ser por convecção natural, onde o movimento é causado por diferenças de densidade devido a variações de temperatura, ou por convecção forçada, onde um meio externo, como um ventilador ou uma bomba, move o fluido. A equação para a convecção é:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor, -
é o coeficiente de transferência de calor por convecção, -
é a área, -
é a diferença de temperatura entre a superfície e o fluido.
Passo 4
Comparando as duas, a conveção geralmente permite uma taxa de transferência de calor maior do que a condução. Isso ocorre porque o movimento do fluido na convecção facilita a transferência de calor de uma área para outra mais eficientemente do que apenas a vibração das moléculas na condução.
Passo 5
Agora, sobre a diferença entre o coeficiente de transferência de calor por convecção (
) e a condutividade térmica (
):
-
Condutividade térmica (
) é uma propriedade do material que indica quão bem ele consegue conduzir calor. É usada na equação da condução. -
Coeficiente de transferência de calor por convecção (
) depende não só das propriedades do fluido, mas também das condições de fluxo, como a velocidade do fluido e a presença de turbulência. Ele mede a eficácia da convecção em transferir calor.
Então, enquanto
é específico para a condução em um material estático,
engloba aspectos dinâmicos da transferência de calor em fluidos em movimento.
Resposta
A transferência de calor em um fluido ocorre por condução quando não há movimento do fluido, apenas transferência de energia térmica entre moléculas. Já ocorre por convecção quando há movimento do fluido, facilitando a transferência de calor. A taxa de transferência de calor é mais elevada por convecção do que por condução. Além disso, o coeficiente de transferência de calor por convecção (
) considera o efeito do movimento do fluido e condições de fluxo, enquanto a condutividade térmica (
) é uma propriedade intrínseca do fluido que mede sua capacidade de conduzir calor sem movimento.
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, onde o diâmetro
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As laranjas são resfriadas com ar refrigerado a e
a velocidade de
. Determine:
Dado:
As laranjas são resfriadas com ar refrigerado a
Dado:
Dados:
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e
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