Enunciado

Seja o Problema 4.69. Um engenheiro deseja medir a temperatura superficial do fino revestimento, pintando ele de preto (ε = 0,98) e usando um dispositivo de medição infravermelho para, de forma não intrusiva, determinar a distribuição superficial de temperaturas. Preveja a distribuição de temperaturas na superfície pintada, levando em conta a transferência de calor por radiação com uma grande vizinhança a T v i z   =   25 ° C .

Passo 1

Vamos seguir galerinha?? Nós já sabemos do problema anterior que:

q ˙ =   5   ×   10 6 W m 3

t =   50   μ m = 50 × 10 - 6 m

T ∞   =   25 ° C

σ = 5,67 × 10 - 8 W m 2 K 4

ε = 0,98

h θ = 26 + 0,637 θ – 8,92 θ 2 ,       p a r a   0 ≤ θ ≤ π 2

h θ =   5 ,                                                                       p a r a π 2   ≤   θ   ≤   π

Neste caso nós aumentamos a emissividade, então a forma do balanço energético vai ficar um pouco diferente de forma que possamos incluí-la.

Vamos ver como?

Como sabemos, o comprimento do arco é dado por:

∆ s = D 2 ∆ θ = 25 × 10 - 3 m 2 × π 20 = 1,96 × 10 - 3   m

Se o comprimento total é:

∆ s t = D 2 ∆ θ = 25 × 10 - 3 m 2 × π = 0,039   m

Então nós devemos dividir o arco em 20 partes, certo?

Agora nós precisamos do coeficiente convectivo para cada intervalo de ângulo, no caso de 0 ≤ θ ≤ π 2 , porque já sabemos que h θ =   5 ,       p a r a π 2   ≤   θ   ≤   π :

Para o Ponto 0:

k t ∆ s T 1 - T 0 + h ∆ s 2 T ∞ - T 0 + ε σ ∆ s 2 T v i z 4 - T 0 4 + q ˙ ∆ s 2 t = 0

Substituindo nossos dados e não se esquecendo do coeficiente que varia para cada um:

25 W m K 50 × 10 - 6   m 1,96 × 10 - 3   m T 1 - T 0 + 26 W m 2 K 1,96 × 10 - 3   m 2 298   K - T 0 + 0,98 5,67 × 10 - 8 1,96 × 10 - 3   m 2 T v i z 4 - T 0 4 + 5 × 10 6 W m 3 1,96 × 10 - 3   m 2 50 × 10 - 6   m = 0

0,638 T 1 - T 0 + 0,025 298   K - T 0 + 5,45 × 10 - 11 298 4 - T 0 4 + 0,245 = 0

Para os Pontos 1 a 19:

k t ∆ s T m - 1 + T m + 1 - 2 T m + h ∆ s 298 - T m + ε σ ∆ s T v i z 4 - T m 4 + q ˙ ∆ s t = 0

Então:

0,638 T 0 + T 2 - 2 T 1 + 0,05 298 - T 1 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 1 4 + 0,49 = 0

0,638 T 1 + T 3 - 2 T 2 + 0,0049 298 - T 2 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 2 4 + 0,49 = 0

0,638 T 2 + T 4 - 2 T 3 + 0,048 298 - T 3 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 3 4 + 0,49 = 0

0,638 T 3 + T 5 - 2 T 4 + 0,045 298 - T 4 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 4 4 + 0,49 = 0

0,638 T 4 + T 6 - 2 T 5 + 0,041 298 - T 5 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 5 4 + 0,49 = 0

0,638 T 5 + T 7 - 2 T 6 + 0,037 298 - T 6 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 6 4 + 0,49 = 0

0,638 T 6 + T 8 - 2 T 7 + 0,031 298 - T 7 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 7 4 + 0,49 = 0

0,638 T 7 + T 9 - 2 T 8 + 0,025 298 - T 8 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 8 4 + 0,49 = 0

0,638 T 8 + T 10 - 2 T 9 + 0,018 298 - T 9 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 9 4 + 0,49 = 0

0,638 T 9 + T 11 - 2 T 10 + 0,009826 298 - T 10 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 10 4 + 0,49 = 0

A partir deste ponto nós temos o coeficiente constante:

0,638 T 10 + T 12 - 2 T 11 + 0,0098 298 - T 11 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 11 4 + 0,49 = 0

0,638 T 11 + T 13 - 2 T 12 + 0,0098 298 - T 12 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 12 4 + 0,49 = 0

0,638 T 12 + T 14 - 2 T 13 + 0,0098 298 - T 13 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 13 4 + 0,49 = 0

0,638 T 13 + T 15 - 2 T 14 + 0,0098 298 - T 14 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 14 4 + 0,49 = 0

0,638 T 14 + T 16 - 2 T 15 + 0,0098 298 - T 15 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 15 4 + 0,49 = 0

0,638 T 15 + T 17 - 2 T 16 + 0,0098 298 - T 16 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 16 4 + 0,49 = 0

0,638 T 16 + T 18 - 2 T 17 + 0,0098 298 - T 17 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 17 4 + 0,49 = 0

0,638 T 17 + T 19 - 2 T 18 + 0,0098 298 - T 18 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 18 4 + 0,49 = 0

0,638 T 18 + T 20 - 2 T 19 + 0,0098 298 - T 19 + 1,09 × 10 - 11 298 4 - T 19 4 + 0,49 = 0

E para finalizar o Ponto 20:

k t ∆ s T 19 - T 20 + h ∆ s 2 T ∞ - T 20 + ε σ ∆ s 2 T v i z 4 - T 10 4 + q ˙ ∆ s 2 t = 0

0,638 T 19 - T 20 + 0,049 298 - T 20 + 5,45 × 10 - 11 298 4 - T 20 4 + 0,245 = 0

E resolvendo nossas reações simultaneamente usando o software:

e colocando no gráfico:

E acabamos mais uma galerinhaa !!

Resposta

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