Responde Aí
Acesse com GoogleAcesse com AppleAcesse com Facebook

Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 62

62 – A lâmpada incandescente é barata, mas é um dispositivo altamente ineficiente que converte energia elétrica em luz. Esse tipo de lâmpada converte cerca de 10 % da energia elétrica que consome em luz, enquanto converte os restantes 90 % em calor. (uma lâmpada fluorescente fornecerá a mesma quantidade de luz enquanto consome apensa 1 / 4 da energia elétrica e durará 10 vezes mais tempo do que uma lâmpada incandescente.) O bulbo de vidro da lâmpada esquenta muito rapidamente como resultado da absorção de todo o calor e dissipa-o para o meio por convecção e por radiação;

Considere uma lâmpada de 100   W , de 10   c m de diâmetro, resfriada por um ventilador que sopra ar a 30   ℃ para o bulbo a uma velocidade de 2   m / s . As superfícies em torno também estão a 30   ℃ , e a emissividade do vidro é 0,9 . Considerando que 10 % da energia passa através do vidro como luz com absorção desprezível e o resto é absorvido e dissipado pelo próprio bulbo, determine a temperatura de equilíbrio do bulbo de vidro.

Passo 1

Com a pressão de 1   a t m e temperatura de superfície de 30   ℃ , temos:

O número Prandtl é:

P r = 0,7 282

Condutividade térmica é:

k = 0,02 588   W m ⋅ ℃

A viscosidade cinemática é:

v = 1 , 608 × 10 - 5   m 2 / s

A viscosidade dinâmica à temperatura ambiente é:

μ ∞ = 1,872 × 10 - 5 k g m ⋅ s

A viscosidade dinâmica a 100   ℃ é:

μ d 100 ℃ = 2,181 × 10 - 5

Passo 2

Calcule o número de Reynolds.

R e = V D v

Onde D é o diâmetro da lâmpada e V a velocidade do ar.

= 2 m s ( 0,1   m ) 1,608 × 10 - 5   m 2 / s

R e = 1,244 × 10 4

Como R e < 2 × 10 5 o fluxo é considerado laminar. Dessa forma, o número de Nusselt será calculado com a seguinte equação:

N u = 2 + 0,4   R e 0,5 + 0,06   R e 2 3 Pr 0,4 ⁡ μ ∞ μ d 100 ℃ 1 4      

= 2 + 0,4   ( 1,244 × 10 4 ) 0,5 + 0,06   ( 1,244 × 10 4 ) 2 3 0,7282 0,4 ⁡ 1,872 × 10 - 5 2,181 × 10 - 5 1 4

N u = 67,14

Passo 3

Podemos achar o coeficiente de transferência de calor, a partir da seguinte relação:

N u = h D k

h = N u ⋅ k D  

= 67,14 × 0 , 02588 0 , 1

h = 17,37   W m 2 ⋅ K

Passo 4

Temos que apenas 90 % da energia elétrica é convertida em calor, portanto:

Q ˙ = 0,9 100   W = 90   W

O bulbo perde calor por convecção e por radiação. Logo, A temperatura do vidro pode ser calculada pela seguinte relação:

Q ˙ t o t a l = Q ˙ c o n v + Q ˙ r a d

Q ˙ t o t a l = h A s T s - T ∞ + ε σ A s ( T s 4 - T s u p e r f í c i e 4 )

90   W = 17,37   W m 2 ⋅ K 0,0314   m 2 T s - 30 + 270 K + 0,9 5,67 × 10 - 8 W m 2 K 4 [ T s 4 - 30 + 273 K 4 ]  

T s = 409,9   K = 136,9   ℃

Resposta

136,9   ℃

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

53. Ar, a 27°C e com uma velocidade de 5 m/s, passa sobre a pequena região As (20 mm × 20 mm) de uma grande superfície, que é mantida a Ts = 127°C. Nessas condições, uma taxa de 0,5 W é removida da su
55. Seja o fio de níquel cromo (D = 1 mm, ρe = 10−6 Ω · m, k = 25 W/(m · K), ε = 0,20) usado para fabricar o aquecedor de ar do Problema 3.86, mas agora sob condições nas quais o coeficiente de transf
O objetivo de um experimento executado por estudantes é o de determinar o efeito da presença de pinos (aletas piniformes) na resistência térmica entre uma placa plana e uma corrente de ar. Uma placa q
Considere o processo de pulverização de plasma discutido nos Problemas 5.25 e 7.82. Para um diâmetro de saída do bocal de D = 10 mm e um raio do substrato de r = 25 mm, estime a taxa de transferência
Uma sonda criogênica é usada para tratar tecido cutâneo canceroso. A sonda é constituída por um único jato circular de diâmetro Dsai = 2 mm emanado de um bocal encapsulado concentricamente no interior