Enunciado

44 - Estime a emissividade hemisférica total ε de aço inoxidável polido a 800   K , usando a Equação 12.43 com as informações fornecidas na Figura 12.17. Suponha que a emissividade hemisférica é igual à emissividade normal. Efetue a integração usando um cálculo por bandas, dividindo a integral em cinco bandas, cada uma contendo 20% da emissão de um corpo negro a 800   K . Em cada banda, admita que a emissividade média esteja associada a um comprimento de onda mediano na banda λ m , para o qual a metade da radiação do corpo negro no interior da banda esteja acima de λ m (e metade esteja abaixo de λ m ). Por exemplo, a primeira banda é de λ   =   0   até λ 1 , tal que F ( 0 → λ 1 ) = 0,2 e o comprimento de onda mediano para a primeira banda é achado de modo que   F ( 0 → λ m ) = 0,1 . Também determine o poder emissivo da superfície.

Passo 1

A emissividade pode ser calculada usando a seguinte fórmula que está abaixo:

ε T = ∑ i = 1 5 ε i

Aqui, a emissividade é  ε i .

Como cada banda possui 20% de emissão do corpo negro, vamos escolher o comprimento de onda médio para a primeira banda, de modo que  F ( 0 → λ m ) = 0,1 .

Agora precisaremos obter um valor que por meio de valores tabelados conseguiremos. Vamos consultar a Tabela 12.2, 'Funções de radiação do corpo negro' onde temos a fração da emissão total que nos ajudara a encontrar o valor de λ m , 1 T por meio da interpolação em  F ( 0 → λ m ) = 0,1 , como mostrado a seguir:

λ m , 1 T - 2000 2200 - 2000 = 0,1 - 0,66728 0,100888 - 0,066728

λ m , 1 T = 2195   μ m ⋅ K

Passo 2

Agora podemos calcular o comprimento de onda médio, como mostrado abaixo.

λ m , 1 T = 2195   μ m ⋅ K

λ m , 1 × 800   K = 2195   μ m ⋅ K

λ m , 1 = 2,74   μ m

Passo 3

Novamente precisamos de alguns valores tabelados, por isso, vamos consultar a Figura 12.17, 'Dependência espectral da emissividade espectral normal de materiais selecionados' para obter o valor da emissividade normal do aço inoxidável a 800   K polido no comprimento de onda de  2,74   μ m .

ε 1 = ε n , 1 ≈ 0,35

Passo 4

Vamos comigo, construir a tabela a seguir para todas as bandas seguindo os mesmos passos anteriores.

Passo 5

Na tabela acima, vamos calcular ε como mostrado abaixo:

ε = ε 1 + ε 2 + ε 3 + ε 4 + ε 5 5

= 0,35 + 0,32 + 0,28 + 0,26 + 0,20 5

= 0,28

Passo 6

Temos que a expressão para o poder emissivo é dada por:

E = ε σ T 4

E T = ε ( T ) σ T 4

Substituindo pelos valores conhecidos, passamos a ter:

E T = ε ( T ) σ T 4

= 0,28 × 5,67 × 10 - 8 × 800 4

= 6502,81   W / m 2

Portanto, o poder emissivo da superfície é  6502,81   W / m 2 .

Resposta

6502,81   W / m 2

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