Fornos de convecção operam com base no princípio de promover convecção forçada em sua câmara interna com um ventilador. Um bolo pequeno deve ser assado em um forno quando o dispositivo convectivo está desativado. Nesta situação, o coeficiente convectivo por convecção natural associado ao bolo e à sua forma é de hnat
. O ar no interior do forno e as superfícies internas do forno encontram-se a
. Determine o fluxo térmico para a forma do bolo e sua massa quando eles são colocados no forno a uma temperatura inicial de
. Se o dispositivo convectivo for ativado, o coeficiente convectivo por convecção forçada passa a ser de hfor
. Qual é o fluxo térmico na massa ou na forma se o dispositivo convectivo estiver ativado? Considere um valor para a emissividade da massa do bolo e sua forma de 0,97. Compare e discuta os resultados. Você chegou em resultados negativos? Por que você acha que isso ocorre? Resp: Convecção natural q
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada nesse problema juntos! A pergunta fala sobre como o calor se move num forno quando a convecção está ligada ou desligada. A matéria envolvida aqui é a transferência de calor por convecção, que faz parte da termodinâmica. Pra resolver isso, a gente vai precisar usar a fórmula da transferência de calor por convecção, que envolve o coeficiente convectivo, as áreas envolvidas e a diferença de temperatura entre o objeto e o ambiente.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é convecção natural. Isso acontece quando o movimento do fluido (no caso, o ar no forno) é causado apenas pela diferença de temperatura, sem ajuda de ventiladores ou outros dispositivos. A equação para o fluxo térmico por convecção natural é:
Onde:
-
é o coeficiente convectivo por convecção natural. -
é a área da superfície do bolo. -
é a temperatura do ar no forno. -
é a temperatura inicial do bolo.
Passo 3
Vamos calcular o fluxo térmico por convecção natural. Mas calma, estamos sem a área
. Normalmente, precisamos dessa informação para continuar. No entanto, se a área não for fornecida, podemos supor que estamos interessados apenas na expressão geral ou que algum valor seja dado ou calculado a partir de outras informações. Como o enunciado não fornece a área, vamos considerar que a pergunta principal é entender o comportamento do fluxo térmico com base nos coeficientes fornecidos.
Passo 4
Agora, se ativarmos o dispositivo convectivo, passamos para a convecção forçada. Nesse caso, o fluxo térmico é calculado de forma similar, mas usando o coeficiente convectivo por convecção forçada
:
Passo 5
Vamos comparar os dois cenários. Sabemos que
e
. Claro que com o ventilador ligado, o fluxo térmico aumenta bastante, facilitando o assamento do bolo de maneira mais uniforme e rápida.
Passo 6
Sobre os resultados negativos mencionados, isso pode acontecer se a diferença de temperaturas for negativa, ou seja, se a temperatura do bolo fosse maior que a do forno, o que não faz sentido nesse contexto. Portanto, provavelmente houve um erro nos sinais das temperaturas na equação.
Resposta
O fluxo térmico por convecção natural é dado por
e, com o dispositivo convectivo ativado, o fluxo térmico por convecção forçada é
. Com a convecção forçada, o fluxo térmico aumenta significativamente, melhorando o assamento do bolo.
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de uma corda esticada é uma função do comprimento da corda L, seu diâmetro D, da massa específica e da força de tração aplicada T. Sugira um conjunto de parâmetros relativos a essas variáveis. Para esse caso, escolha como variáveis repetidas:
e massa específica.
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emissividade da superfície externa da esfera é
, e a temperatura das superfícies ao redor é #{sm} Com uma condutividade térmica variável e uma transferência de calor unidimensional transiente, expresse a formulação matemática (equação diferencial e condições inicial e de contorno) desse problema de condução de calor. Não resolva o problema.
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