Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa - Capítulo 5.Problemas - Ex. 68

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Em um processo de fabricação, longos bastões de diferentes diâmetros estão a uma temperatura uniforme de 400°C no interior de um forno de cura, do qual são retirados e resfriados por convecção forçada no ar a 25°C. Um dos operadores observou que demora 280 segundos para um bastão de 40 mm de diâmetro esfriar até uma temperatura segura para o toque de 60°C. Para um coeficiente de transferência de calor por convecção equivalente, quanto tempo será preciso para um bastão de 80 mm de diâmetro se resfriar até a mesma temperatura? As propriedades termofísicas dos bastões são ρ   =   2500   k g / m 3 , c   =   900   J / ( k g   ·   K ) e k   =   15   W / ( m   ·   K ) . Comente o seu resultado. Você anteviu esse resultado?

Passo 1

Vamo lá galera! Sem conhecer o coeficiente de convecção, o número Biot não pode ser calculado para determinar se as hastes se comportam como objectos isotérmicos no espaço. Usando as relações da Secção 5.6, Sistemas Radiais com Convecção, para o cilindro infinito, Eq. 5.52, F o = α   t / r o 2 e sabendo T r o , t o , é necessária uma solução de tentativa e erro para encontrar B i   =   h   r o / k e, portanto, h . Usando o modelo IHT Transient Conduction para o Cilindro, os seguintes resultados são prontamente calculados para a haste de 40-mm. Com até = 280 s,

Passo 2

Para a haste de 80 mm, com o valor anterior para h, com T(ro, to) = 60º C, encontraremos:

Resposta

B i = 0.528

F o = 2.413

t o = 579   s

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