Enunciado

Filas de módulos termoelétricos do Exemplo 3.13 estão fixadas na placa plana absorvedora do Problema 3.108. As filas de módulos estão separadas por L s e p = 0,5   m e a parte inferior dos módulos é resfriada por água a uma temperatura de T a = 40 ° C , com h = 45   W / ( m ² . K ) .

Determine a potência elétrica produzida por uma fila de módulos termoelétricos conectados eletricamente em série com uma resistência carga de 60   V . Calcule a taxa de transferência de calor para a água escoando nos canais. Suponha filas com 20 módulos colocados um junto ao outro, com comprimento da fila e do tubo de água iguais a L f i l a = 20   W , com W = 54   m m , a dimensão do módulo retirada do Exemplo 3.13. Despreze resistências térmicas de contato e a queda de temperatura ao longo da parede do tubo, e suponha que a alta condutividade térmica da parede do tubo crie uma temperatura uniforme ao redor do seu perímetro. Em função da resistência térmica presente devido aos módulos termoelétricos, não é apropriado supor que a temperatura da placa de absorção, diretamente acima de um tubo, seja igual à temperatura da água.

Passo 1

Fala aí! Vamos resolver essa questão? Partiu!

Determinar a potência elétrica e a taxa de tranferência de calor… Vamos nessa!

Agora vamos lembrar que para calcular nossa potência podemos usar a fórmula:

P = I 2   .   R e ,   c a r g a

Então precisamos encontrar esse I , beleza? Pra isso precisamos do:

R t ,   c o n d = L N . A . k

R t ,   c o n d = 2,5   .   10 - 3 100   .   1,2   .   10 - 5   .   1,2

R t ,   c o n d = 1,736   K / W

Agora precisaremos usar as equações 3.125 e 3.126 do livro… Tudo em prol da corrente, vamos lá:

q 1 = 1 R t ,   c o n d   .   T 1 - T 2 + I   .   S p - n ,   e f f   .   T 1 - I 2   .   R e ,   e f f

q 1 = T 1 - T 2 1,736 + I   .   0,1435   .   T 1 - I 2   .   4

q 2 = 1 R t ,   c o n d   .   T 1 - T 2 + I   .   S p - n ,   e f f   .   T 2 - I 2   .   R e ,   e f f

q 2 = T 1 - T 2 1,736 + I   .   0,1435   .   T 2 - I 2   .   4

Passo 2

Agora vamos encontrar quem é o nosso q 2 :

q 2 = T 2 - T ∞ R r a d ,   c o n v

q 2 = T 2 - T s u r   .   4   .   h   .   W ²

q 2 = T 2 - 313 .   4   .   45   .   0,054 ²

q 2 = 0,525   .   T 2 - 164,29

Se a nossa energia produzida é igual a nossa energia dissipada, vamos ter que:

I 2   .   R e ,   c a r g a = M   .   I   .   S p - n ,   e f f   .     T 1 - T 2 - 2   .   I ²   .   R e ,   e f f

I 2   .   60 = 20   .   I   .   0,1435   .     T 1 - T 2 - 2   .   I ²   .   4

I 2   = 20 60   .   I   .   0,1435   .     T 1 - T 2 - 8   .   I ²

I 2   =   I   .   0,0478   .     T 1 - T 2 - 2,67   .   I ²

Passo 3

E ainda está faltando o nosso q 1 , não podemos esquecer dele! Podemos encontrar ele por essa equação aqui olha só:

q 1 = q r a d "   .   L s e p   .   W

q 1 = 800   .   0,5   .   0,054

q 1 = 21,6   W

Passo 4

Agora podemos montar o que achamos em um sistema, olha só:

21,6 = T 1 - T 2 1,736 + I   .   0,1435   .   T 1 - I 2   .   4

0,525   .   T 2 - 164,29 = T 1 - T 2 1,736 + I   .   0,1435   .   T 2 - I 2   .   4

I 2   =   I   .   0,0478   .     T 1 - T 2 - 2,67   .   I ²

Sistema a gente já está acostumado a resolver, né?

Resolvendo esse carinha aí vamos ter que:

I = 0,22   A T 2 = 354   K T 1 = 371   K q 2 = 21,5   W

Agora é só retornar lá na nossa equação da potência:

P = I 2   .   R e ,   c a r g a

P = 0,22 2   .   60

P = 2,9   W

E nossa transferência de calor total será:

q 1 ,   t o t = 20   .   q 1 q 2 ,   t o t = 20   .   q 2

q 1 ,   t o t = 20   .   21,6 q 2 ,   t o t = 20   .   21,5

q 1 ,   t o t = 432   W q 2 ,   t o t = 429   W

Uhull! Conseguimos!

Resposta

P = 2,9   W q 1 ,   t o t = 432   W q 2 ,   t o t = 429   W

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Uma parede composta é composta de um material isolante de condutividade térmica k i n s = 1,5W / m ⋅ K imprensada entre duas folhas de aço inoxidável de 1m m de espessura de condutividade térmica k s
A parede composta de um forno possui três materiais, dois dos quais com condutividade térmica, k A = 20W / ( m · K ) e k C = 60W / ( m · K ) , e espessura L A = 0,40m e L C = 0,20m conhecidas. O terce
Um dormitório em uma grande universidade, construído há 50 anos, tem as paredes externas construídas com um forro, que tem k = 0,1W / ( m · K ) e espessura L = 30m m . Para reduzir a perda térmica no
Uma parede composta separa gases de combustão a 2400 ° C de um líquido refrigerante a 100 ° C , com coeficientes de transferência de calor no lado do gás e no do líquido iguais a 25 e 1000W / ( m 2 ·
Considere uma parede plana composta constituída por dois materiais com condutividades térmicas k A = 0,09W / ( m · K ) e k B = 0,03W / ( m · K ) e espessuras L A = 8m m e L B = 16m m . A resistência d