Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 3
Considere uma transferência de calor entre dois corpos sólidos quentes idênticos em seus ambientes. O primeiro sólido caiu em um recipiente grande cheio de água, enquanto o segundo está esfriando naturalmente no ar. Para qual sólido será mais provável a aplicação da análise de sistemas aglomerados? Por quê?
Passo 1
Vamos lá galera!!
Primeiro é importante saber que a análise de sistema aglomerado é feita em corpos onde a temperatura seja uniforme em todo o corpo durante o processo de transferência de calor… E pra gente saber se a aproximação do sistema aglomerado pode ser aplicada para uma análise de transferência de calor ou não, usamos o número de Biot. Para ser considerado um sistema assim o número de Biot precisa ser menor que 0,1.
Lembrando que o número de Biot é a razão de convecção na superfície do corpo pela condução dentro do corpo, temos:
Onde o é o coeficiente de transferência de calor por convecção, é o comprimento característico (relação volume / área de superfície) e é a condutividade térmica do corpo, ok?
Passo 2
Agora que sabemos o que é a análise de sistema aglomerado, vemos que é mais provável que a ela seja aplicável ao corpo que vai resfriado naturalmente, né? Porque vamos ter uma temperatura, que podemos considerar como, uniforme enquanto acontece a transferência de calor… Já no caso que o sólido caiu em um recipiente com água ele resfriou muito mais rápido, portanto a temperatura neste caso não pode ser considerada uniforme.
Além disso, o número de Biot é proporcional ao coeficiente de transferência de calor por convecção. Temos que o coeficiente de transferência de calor por convecção será menor para o ar em relação a água, pois a água possui maior condutividade térmica.
Logo, é mais provável que o número de Biot seja menor na convecção natural. Sendo então, mais provável a aplicação da análise de sistemas aglomerados para o sólido que está esfriando naturalmente no ar.
Resposta
Sólido sendo esfriando naturalmente no ar, pois teremos uma temperatura uniforme enquanto acontece a transferência de calor, que é uma das condições na análise de sistemas aglomerados.