Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 3.Problemas - Ex. 73
A energia transferida da câmara anterior do olho através da córnea varia consideravelmente dependendo do uso ou não de uma lente de contato. Trate o olho como um sistema esférico e suponha o sistema em regime estacionário. O coeficiente convectivo permanece inalterado com ou sem a presença da lente de contato. A córnea e a lente cobrem um terço da área da superfície esférica.
Os valores dos parâmetros que representam essa situação são os seguintes:
(a) Construa os circuitos térmicos, identificando todos os potenciais e escoamentos para os sistemas com e sem a lente de contato. Escreva as resistências em termos dos parâmetros apropriados.
(b) Determine a perda de calor da câmara anterior, com e sem a lente de contato.
(c) Discuta a implicação de seus resultados.
Passo 1
O item (a) nos pede para desenhar os circuitos térmicos para as condições com e sem lente de contato. Vamos começar pela situação sem lente de contato. Para este caso, teremos convecção interna, condução na córnea e convecção externa. Antes de irmos para os cálculos vale ressaltar que temos que considerar o sistema como um terço de esfera. Tudo bem?
As resistências de convecção são dadas por:
E a resistência condutiva será:
E o circuito para essa situação é:
Passo 2
Continuando o item (a) vamos agora desenhar o circuito térmico considerando a presença das lentes. Neste caso, teremos a adição de uma resistência à condução na lente, além das outras três resistências que também estavam presentes no caso anterior (convecção interna e externa e condução na córnea). Então, nossas resistências serão:
E as resistências condutivas serão:
E
O circuito de resistências para o caso em que há lentes é:
Passo 3
Vamos agora para o item (b). Devemos determinar a perda de calor para cada situação. Começando pela situação sem as lentes de contato, a resistência total é:
Então a perda de calor para o primeiro caso é:
Vamos agora para a condição em que há lentes. Nesta condição a resistência equivalente é:
E a perda de calor para este sistema é:
O item (c) pede avaliar o resultado no item (b). Podemos ver que a adição das lentes de contato causa um aumento da taxa de transferência de calor. A explicação para isso é que o raio 3 é menor que o raio crítico para o sistema.
Resposta
(a) Sem lentes:
Com lentes:
(b) Sem lentes:
Com lentes:
(c) Como é menor que o raio crítico para esse sistema, a adição das lentes gera um aumento da taxa de perda de calor.