Enunciado

Ao analisar o desempenho de um sistema térmico, o engenheiro tem que ser capaz de identificar os processos de transferência de calor relevantes. Somente então o comportamento do sistema pode ser devidamente quantificado. Nos sistemas a seguir, identifique os processos pertinentes, indicando-os com setas apropriadamente identificadas em um esquema do sistema. Responda, ainda, a perguntas adicionais que são feitas no enunciado do problema.

  1. A junta de um termopar é usada para medir a temperatura de uma corrente de gás quente escoando em um canal através do seu posicionamento na corrente principal do gás. A superfície do canal é resfriada de tal maneira que a sua temperatura é bem menor daquela do gás. Identifique os processos de transferência de calor associados à superfície da junta do termopar. A junta do termopar estará (e, assim, medirá) a uma temperatura menor, igual ou maior do que a temperatura do gás? Uma barreira de radiação é um pequeno tubo, aberto nos dois lados, que envolve a junta do termopar, mas permite a passagem do gás pelo seu interior. Como o uso de tal barreira melhora a exatidão da medida de temperatura?

Passo 1

Beleza galerinha, vamos lá! Sabemos que uma junção de termopares é utilizada, com ou sem escudo de radiação, para medir a temperatura de um gás que flui através de um canal. A parede do canal está a uma temperatura muito menor do que a do gás. Vamos achar (a) Processos relevantes de transferência de calor, (b) Temperatura da junção em relação à do gás, (c) Efeito da proteção contra radiação.

Passo 2

Analisando: (a) Os processos de transferência de calor relevantes são:

q r a d ' ' Transferência de radiação líquida da junção para as paredes.

q c o n v ' ' Transferência de convecção do gás para a junção.

(b) A partir de um balanço de energia superficial na junção,

Ou das eqs. 1.3a e 1.7:

Para satisfazer essa igualdade, temos:

Ou seja, a junção assume uma temperatura entre a da parede do canal e a do gás, sentindo assim uma temperatura menor do que a do gás.

Passo 3

(c) O erro de medição ( T g - T j ) é reduzido pelo uso de uma proteção contra radiação, como mostrado no esquema. A junção agora troca radiação com o escudo, cuja temperatura deve exceder a da parede do canal. A perda de radiação da junção é portanto reduzida, e sua temperatura se aproxima mais da do gás.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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