Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 51
Para fins de transferência de calor, um ovo pode ser considerado uma esfera de de diâmetro com propriedades da água. Um ovo que está inicialmente a é jogado na água fervendo a . O coeficiente de transferência de calor na superfície do ovo é estimado em . Considerando que o ovo está cozido quando sua temperatura no centro chega a , determine por quanto tempo o ovo deve ser mantido na água fervente.
Passo 1
Dados fornecidos:
O diâmetro da esfera é .
Inicialmente a temperatura do ovo é .
A temperatura de ebulição da água é .
A temperatura central do ovo é .
O coeficiente de transferência de calor é .
Podemos encontrar em questões anteriores que:
Condutividade térmica do ovo é:
Difusividade térmica do ovo:
Passo 2
Para resolver essa questão, podemos começar calculando o número de Biot. Assim temos:
Substituindo os valores conhecidos, temos:
Como o número de Biot é maior que , a análise do sistema aglomerado não é aplicável. Vamos então resolver o problema usando a solução de termo único. Com o numero de Biot encontrado, podemos obter os coeficientes e correspondentes ao número de Biot , na tabela 4-2.
Para este número Biot,
Passo 3
Agora, podemos então usar a solução para condução transiente unidimensional em uma esfera de raio submetido à condução em todas as superfícies. Devido estamos interessado na temperatura no cento do ovo, podemos usar a seguinte equação:
Substituindo os valores fornecidos e encontrados nos passos anteriores, temos:
Passo 4
Como o Fourier está um pouco abaixo do valor de , portanto, a solução aproximada de termo único (ou os gráficos de temperatura transitória) ainda pode ser usada, com o entendimento de que o erro envolvido será um pouco mais de 2%. Assim, podemos determinar por quanto tempo o ovo deve ser mantido na água fervente usando a equação do número de Fourier:
Isolando na equação.
Substituindo os valores.
Portanto, o tempo necessário que o ovo deve ser mantido na água fervente é .