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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 2.Problemas - Ex. 146

Gera-se calor em um aquecedor elétrico de formato cilíndrico longo, de 0,3 cm de diâmetro, a uma taxa de 180   W / c m 3 . O fluxo de calor na superfície do aquecedor durante uma operação permanente é:

  1. 12   W / c m 2 .
  2. 1 3,5   W / c m 2 .
  3. 64,7   W / c m 2 .
  4. 180   W / c m 2 .
  5. 191   W / c m 2 .

Passo 1

Vamos lá. Queremos calcular fluxo de calor na superfície. Então precisamos entender o que é o fluxo primeiramente. Este fluxo é quantidade de calor que sai por unidade de área da superfície do cilindro. Portanto,

F l u x o = Q ˙ A s = Q ˙ 2 π r o L

Mas e aí a gente se questiona. Quem é este calor que sai? A resposta dessa pergunta sai de um balanço de energia bem simples e direto:

C a l o r   q u e   e n t r a - C a l o r   q u e   s a i + C a l o r   g e r a d o = C a l o r   a c u m u l a d o

Como não entra calor e não é acumulado calor, pois estamos em regime permanente, então o calor gerado é exatamente o calor que sai! Portanto,

Q ˙ = e ˙ g e r ⋅ V = e ˙ g e r ⋅ π r 0 2 L

Agora é só substituir este calor na equação do fluxo e calcular. Cuidado para não se esquecerem de checar as unidades!

F l u x o = e ˙ g e r ⋅ π r 0 2 L 2 π r o L = e ˙ g e r ⋅ r 0 2 = 180 ⋅ 0,15 2 = 13,5   W / c m 2

Portanto, a solução é a letra b).

Resposta

Letras b).

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