Os componentes de um sistema eletrônico que dissipa 180 W estão localizados em um duto horizontal de 1,2 m de comprimento cuja seção transversal é de 15 cm x 15 cm. Os componentes no duto são refrigerados por ar forçado que entra a 30°C a uma taxa de 0,62 m3/min e sai a 38°C. As superfícies das placas metálicas do duto não são pintadas, e a transferência de calor por radiação das superfícies externas é desprezível. Se a temperatura do ar ambiente é 27°C, determine (a) a transferência de calor por convecção natural da superfície externa do duto para o ar ambiente e (b) a temperatura média do duto.

Considere que o ventilador e, portanto, todo o calor gerado no interior do duto deve ser rejeitado para o ar ambiente por convecção natural através da superfície externa do duto

Vamos primeiro reunir nossas informações. Sabemos que as temperaturas do duto são e . Além disso, o duto apresenta lado e comprimento . Sabemos ainda que .

A questão (b) é mais simples, então vamos resolvê-la antes. Como a temperatura na entrada é 30°C e na saída é 38°C, a média é:

Sabemos também que parte dos 180 W liberados pelo circuito aquecem o ar de 30°C a 38°C e o exercício nos diz que todo calor é dissipado por convecção natural.

Para determinar a quantidade de calor absorvida pela corrente de ar vamos utilizar:

Já temos a vazão volumétrica e a variação de temperatura do ar. Só precisamos então das propriedades do ar na temperatura de filme.

O que vamos fazer então é: calcular a temperatura de filme e encontrar as propriedades do ar para esta temperatura;calcular a taxa de calor absorvida ; subtrair este valor dos 180 W e, finalmente encontrar a taxa de troca térmica por convecção natural. Pronto??? Vamos lá!!!