Em uma indústria de processamento de carne, bifes ( de 10 cm de espessura inicialmente a 15 °C devem ser resfriados nas prateleiras de um grande congelador mantidos a – 12 °C. Os bifes são colocados próximos um do outro, de modo que a transferência de calor nas arestas de 10 cm de espessura é desprezível. A totalidade dos bifes deve ser resfriada abaixo de 5 °C, mas a temperatura da carne não deve cair abaixo de -1 °C em qualquer lugar durante o resfriamento para evitar o “congelamento”. O coeficiente de transferência de calor por convecção e a taxa de transferência de calor da carne podem ser controlados por meio da variação da velocidade da ventoinha de circulação de ar. Determine o coeficiente de transferência de calor h que permite satisfazer ambas as restrições de temperatura e ao mesmo tempo manter o tempo mínimo de resfriamento.

Embora tenha muito texto, eu juro que esse problema é bem simples e a gente consegue matar ele num passo só.

Já vou adiantar: a gente vai usar o gráfico de Heisler da Figura 4-16b (página 240) para uma transferência de calor transiente em placa plana com uma temperatura no centro da placa . Pra isso, vamos usar a seguinte relação:

Mas por que essa abordagem? Bem, basicamente, o problema que o enunciado coloca pra gente é o de que devemos calcular o coeficiente de transferência de calor sob duas restrições: a totalidade do bife deve ser resfriada abaixo de 5 e a temperatura da carne não devia cair a menos de – 1 em cada ponto.

Para garantir a primeira restrição, basta que a gente determine a temperatura do centro como 5 , pois o centro é onde demora mais para trocar calor e, portanto, resfriando o centro abaixo desta temperatura o resto do bife também estará abaixo.

Já a segunda restrição a gente consegue garantir fazendo com que a temperatura na superfície, ou seja, , seja igual a – 1 . Como a superfície é o local mais exposto à troca térmica, então garantindo que lá a temperatura não abaixe mais que isso, vamos garantir que no resto do corpo também não vai acontecer.