Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 1.Problemas - Ex. 66
66 - Uma chapa vertical de metal de Woods está presa a um substrato por uma superfície e é fundida ao ser irradiada uniformemente por uma fonte de laser sobre a superfície oposta. O metal encontra-se inicialmente na sua temperatura de fusão e o condensado é retirado por gravidade assim que se forma. A absortividade do metal em relação à radiação laser é igual a e o seu calor latente de fusão é .
(a) Desprezando a transferência de calor a partir da superfície irradiada por convecção ou radiação com a vizinhança, determine a taxa de fusão instantânea em para uma irradiação do laser de . Quanto material é retirado se a irradiação for mantida por um período de ?
(b) Permitindo a convecção para o ar ambiente, com e , e a troca térmica radiante com uma grande vizinhança , determine a taxa de fusão instantânea durante a irradiação.
Passo 1
- A energia fornecida pela irradiação a laser é usada para a fusão de metais. Portanto, podemos determinar a taxa de fusão instantânea, usando o equilíbrio de energia, da seguinte forma:
Onde é a irradiação com laser e é taxa de fusão instantânea.
Assim, a taxa instantânea de fusão é .
Passo 2
Agora vamos calcular a quantidade de metal que derrete em um período de 2 segundos.
Assim, a quantidade de metal que derrete em 2 segundos é .
Passo 3
- Uma parte da energia fornecida pela irradiação a laser é usada para a fusão do metal e o restante é perdido em convecção e radiação.Portanto, podemos determinar a velocidade instantânea de fusão por meio do equilíbrio de ernegia.
Lembrando que é a constate de boltzmann.
Assim, a taxa instantânea de fusão é .
Passo 4
Agora vamos calcular a quantidade de metal que derrete em um período de 2 segundos.
Assim, a quantidade de metal que derrete em 2 segundos é .
Resposta
- e .
- e .