Enunciado

Aletas quadradas de alumínio k = 237   W / m ⋅ K de 3   c m de comprimento, de seção transversal 2   m m × 2   m m com número total de 150 , são fixadas em uma superfície de 8   c m de comprimento e 6   c m de largura. Considerando que a eficiência da aleta é 78 % , a eficácia global da aleta para essa superfície é

a) 3,4

b) 4,2

c) 5,5

d) 6,7

e) 8,4

Passo 1

Dados fornecidos:

Área da seção transversal da aleta é A c = 4   m m 2 .

O comprimento da aleta é  L = 3   c m .

A condutividade térmica da aleta é k = 237   W / m ⋅ K .

Eficiência da aleta é  η a l e t a = 78 % .

Número de aletas é n = 150 .

Área da ampla superfície é A s e m   a l e t a = 0,0048   m 2 .

Passo 2

Para resolver essa questão, temos que ter em mente que a eficácia geral de uma superfície aletada, pode ser definida como a razão entre a taxa total de transferência de calor da superfície aletada e a transferência de calor da mesma superfície, se não houver aletas fixadas na base. Assim como no livro, podemos expressa a eficácia geral da seguinte forma:

ε t o t a l   a l e t a = Q ˙ t o t a l , a l e t a Q ˙ t o t a l , s e m   a l e t a

ε t o t a l   a l e t a = h A n ã o   a l e t a + η a l e t a A a l e t a T b - T ∞ h A s e m   a l e t a T b - T ∞

ε t o t a l   a l e t a = A n ã o   a l e t a + η a l e t a A a l e t a A s e m   a l e t a

Onde A n ã o   a l e t a é a área da parte não aletada da superfície, A s e m   a l e t a é a área da superfície quando não há aleta, A a l e t a é a superfície total de todas as aletas na superfície e η a l e t a é a eficiência.

Passo 3

Agora, podemos calcular as áreas a serem usadas na equação encontrada no passo anterior. Elas podem ser calculadas da seguinte maneira:

Área da parte não aletada da superfície A n ã o   a l e t a .

A n ã o   a l e t a = A s e m   a l e t a - n A c

A n ã o   a l e t a = 0,08   m × 0,06   m - 150 × 0,002   m × 0,002   m

A n ã o   a l e t a = 0,0042   m 2

Área da superfície de todas as aletas A a l e t a .

A a l e t a = n 4 w L

A a l e t a = 150 × 4 × 0,002   m × 0,002   m

A a l e t a = 0,036   m 2

Área da ampla superfície A s e m   a l e t a .

A s e m   a l e t a = 0,0048   m 2

Com todas as áreas podemos jogar na equação encontrada no passo 2 para encontrar a eficácia global da aleta para essa superfície. Assim temos:

ε t o t a l   a l e t a = A n ã o   a l e t a + η a l e t a A a l e t a A s e m   a l e t a

ε t o t a l   a l e t a = 0,0042   m 2 + 0,78 × 0,036   m 2 0,0048   m 2

ε t o t a l   a l e t a = 6,725

Portanto, a eficácia global da aleta é  6,725 .

Resposta (d)

Resposta

d) 6,725

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