Uma bola de aço inoxidável (
) de diâmetro
é retirada do forno a uma temperatura uniforme de
. A bola é submetida ao escoamento de ar a 1 atm de pressão e
com velocidade de
. A temperatura da superfície da bola finalmente cai para
. Determine: a taxa de transferência de calor
Passo 1
Vamos começar resumindo o problema. Temos uma bola de aço inoxidável com diâmetro de 15 cm, retirada do forno a 350°C. Ela é exposta ao fluxo de ar a 30°C com velocidade de 6 m/s. A temperatura da superfície da bola cai para 250°C. Nosso objetivo é determinar a taxa de transferência de calor. Para resolver isso, vamos precisar das propriedades do material, como a densidade (
) e a capacidade calorífica específica (
), além de calcular o volume e a massa da bola.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o volume da bola. A fórmula para o volume (
) de uma esfera é:
Onde
é o diâmetro da bola. Substituindo
:
Passo 3
Agora, vamos determinar a massa (
) da bola utilizando a densidade (
) fornecida:
Substituindo os valores:
Passo 4
Com a massa conhecida, podemos calcular a quantidade de calor (
) transferida usando a fórmula:
Onde:
-
é a massa da bola, -
é a capacidade calorífica específica, -
é a variação de temperatura.
Substituindo os valores:
Resposta
A taxa de transferência de calor é aproximadamente
.
Exercícios relacionados
Um ovo comum pode ser considerado uma esfera com diâmetro de 5 cm . O ovo está inicialmente a uma temperatura uniforme de
e é colocado na água fervendo a
. Tomando o coeficiente de transferência de calor por convecção
, determine quanto tempo será necessário para que o centro do ovo chegue a
. (R:
).
Para os campos de velocidade dados abaixo: O campo de escoamento é uni, bi ou tridimensional, e por quê?
Um bastão muito longo de cobre (
), com 5 mm de diâmetro, tem a base mantida a
. A superfície do bastão está exposta ao ar ambiente a
, com um coeficiente de transferência de calor por conveção de
.K. Determine: A temperatura se o bastão tem 0,2m de comprimento.
Uma superfície quente a
deve ser resfriada pela fixação de 24 aletas cilíndricas de cobre (
) de 3 cm de comprimento e 0,25 cm de diâmetro, com distância de centro a centro de
. A temperatura do meio circundante é de
, e o coeficiente de transferência de calor sobre a superfície é
.K. Determine a taxa de transferência de calor a partir da superfície da seção da placa de
. Determine também a eficácia global das aletas.