- Você pode escrever a equação usada para expressar a troca radiante líquida entre uma pequena superfície isotérmica e um grande envoltório isotérmico?
- Considere a superfície de um sólido que se encontra a uma temperatura elevada e está exposta a uma vizinhança mais fria. Por qual(is) modo(s) o calor é transferido da superfície se (1) ela estiver em contato perfeito com outro sólido, (2) ela estiver exposta ao escoamento de um líquido, (3) ela estiver exposta ao escoamento de um gás, e (4) ela estiver no interior de uma câmara onde há vácuo?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
1. A equação da troca radiante líquida entre uma pequena superfície isotérmica a e um grande envoltório isotérmico a
.
2. Identificar o(s) modo(s) de transferência de calor numa superfície quente exposta a uma vizinhança fria em quatro situações distintas.
1. A equação da troca radiante líquida entre uma pequena superfície isotérmica a
2. Identificar o(s) modo(s) de transferência de calor numa superfície quente exposta a uma vizinhança fria em quatro situações distintas.
O conteúdo de teoria envolvido é radiação térmica (Lei de Stefan–Boltzmann e fatores de vista) e os fundamentos de condução, convecção e radiação como modos de transferência de calor.
Passo 2
Para uma superfície
pequena dentro de um grande envoltório
, a troca radiante líquida é
em que
é a emissividade da superfície,
é a constante de Stefan–Boltzmann,
é o fator de vista da superfície para o ambiente e
é a área da superfície.
Passo 3
Quando o envoltório é muito maior que a superfície, o fator de vista vale
. Assim a fórmula simplifica para
Passo 4
Analisando agora os modos de transferência de calor para cada situação:
(1) Contato perfeito com outro sólido → condução térmica através da interface sólido–sólido.
(2) Exposta ao escoamento de um líquido → convecção (forçada ou natural) no líquido, com um filme de condução muito fino junto à superfície.
(3) Exposta ao escoamento de um gás → idem ao líquido, porém com coeficiente convectivo menor; trata-se de convecção gasosa.
(4) Interior de câmara a vácuo → não há meio material para condução ou convecção, resta apenas a radiação entre superfícies.
(1) Contato perfeito com outro sólido → condução térmica através da interface sólido–sólido.
(2) Exposta ao escoamento de um líquido → convecção (forçada ou natural) no líquido, com um filme de condução muito fino junto à superfície.
(3) Exposta ao escoamento de um gás → idem ao líquido, porém com coeficiente convectivo menor; trata-se de convecção gasosa.
(4) Interior de câmara a vácuo → não há meio material para condução ou convecção, resta apenas a radiação entre superfícies.
Resposta
(1) condução;
(2) convecção no líquido (mais condução no filme limite);
(3) convecção no gás (mais condução no filme limite);
(4) radiação apenas.
(2) convecção no líquido (mais condução no filme limite);
(3) convecção no gás (mais condução no filme limite);
(4) radiação apenas.