Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 1.Problemas - Ex. 81
Durante sua fabricação, placas de vidro a são resfriadas com a passagem de ar sobre sua superfície de tal forma que o coeficiente de transferência de calor por convecção é de Para prevenir o aparecimento de rachaduras, é sabido que o gradiente de temperatura não pode exceder aos em qualquer ponto no vidro durante o processo de resfriamento. Sendo a condutividade térmica do vidro igual a e a emissividade de sua superfície ; qual é a menor temperatura do ar que pode ser usada no início do resfriamento? Considere que a temperatura do ar é igual à da vizinhança.
Passo 1
Beleza galerinha, vamos lá! Nessa questão, as condições associadas ao resfriamento superficial do vidro plano que está inicialmente a . O gradiente máximo de temperatura existirá na superfície do vidro e no instante em que o resfriamento for iniciado. Do balanço de energia superficial, Eq. 1.13, e das equações de taxa, Eqs. 1.1, 1.3a e 1.7, segue-se que:
Portanto:
Nessa equação, alguns valores foram dados no enunciado da questão:
Que convertendo para as unidades corretas, fica:
Que convertendo para Kelvin, fica:
E temos a constant de Stefan
E por fim, assumimos que
Passo 2
Substituindo tudo isso na equação, teremos:
Aparentemente, está tudo certo com as unidades, essa equação sem as unidades fica assim:
Temos aqui uma equação de quarto grau, que não conseguimos resolver analiticamente.
Passo 3
pode ser obtido a partir de uma solução de tentativa-e-erro
Ao se tentar diversos valores, percebe-se que o que mais se aproxima da solução dessa equação é que resulta em:
Portanto, a menor temperatura do ar aceitável é: