Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 3.Problemas - Ex. 159
159 – Uma barra cilíndrica de combustível nuclear de de diâmetro é envolto em um cilindro oco de cerâmica concêntrico com diâmetro interno de e diâmetro externo de . Isso criou espaço de ar entre as barras de combustível e do cilindro oco de cerâmica com coeficiente de transferência de calor por convecção de . O cilindro oco de cerâmica tem condutividade térmica de , e a superfície externa mantém temperatura constante de . Considerando que a barra de combustível gera calor a taxa de , determine a temperatura na superfície da barra de combustível.
Passo 1
Temos que o diâmetro da barra cilíndrica é , logo:
O diâmetro interno do cilindro de cerâmica é , logo:
O diâmetro externo do cilindro de cerâmica é , logo:
Passo 2
Calcule a resistência total por unidade de comprimento da seguinte maneira:
Aqui, é a condutividade térmica do cilindro cerâmico e é o coeficiente de transferência de calor.
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Passo 3
Calcule a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento da seguinte maneira:
Aqui é o calor gerado pela barra de combustível.
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Passo 4
Calcule a temperatura da superfície externa da barra de combustível, .
Aqui é a temperatura da superfície externa da parede de cerâmica.
Passo 5
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Portanto, a temperatura na superfície da barra de combustível é .
Resposta
Portanto, a temperatura na superfície da barra de combustível é .