- Um copo de refrigerante pode ser considerado como um cilindro de 20 cm de altura e 7 cm de diâmetro. As paredes do copo são de um plástico muito fino e com resistência térmica desprezível. Dentro do copo são colocados 2 cubos de gelo com 2 cm de lado, de modo que o mesmo fica cheio até a borda com a mistura gelo-refrigerante que permanece a
até a fusão completa do gelo. O copo está depositado sobre uma superfície bem isolada, de modo que devem ser consideradas apenas as transferências de calor pelas áreas lateral e superior. Considerando que o ar ambiente está a
, com coeficiente de película de
, e que a densidade e o calor latente de fusão do gelo são 935
e
, respectivamente, calcular:
a) O fluxo de calor transferido entre o ambiente e a mistura gelo-refrigerante;
b) O tempo necessário para a fusão completa do gelo.
a) O fluxo de calor transferido entre o ambiente e a mistura gelo-refrigerante;
b) O tempo necessário para a fusão completa do gelo.
Passo 1
Resumo do enunciado: temos um copo cilíndrico de altura
m e diâmetro
m, com mistura gelo–refrigerante a
. O ambiente está a
e o coeficiente de convecção é
kcal/(h
C). A base está isolada, logo a troca de calor ocorre apenas pelas áreas lateral e superior. Usaremos a lei de convecção
Passo 2
Conversão e cálculo da área de troca. O raio é
A área lateral vale
e a área superior
Assim a área total é
Passo 3
Cálculo do fluxo de calor. A diferença de temperatura é
C, logo
Passo 4
Massa de gelo e energia de fusão. Cada cubo tem volume
e há
cubos, totalizando
Com densidade
kg/
, a massa é
O calor latente é
kcal/kg, então
Passo 5
Tempo para fusão completa. Como o fluxo é constante,
Resposta
(a)
kcal/h
(b) h (aproximadamente
min)
(b)