Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 103
Os componentes de um sistema eletrônico que dissipa 180 W estão localizados em um duto horizontal de 1,4 m de comprimento, cuja seção transversal tem 20 cm 20 cm. Os componentes no duto são resfriados pelo escoamento de ar que entra no duto a 30 °C e 1 atm, a uma vazão de 0,6 m³/min, e dele sai a 40 °C. Determine a taxa de transferência de calor das superfícies externas do duto para o ambiente.
Passo 1
Vamos começar a questão assumindo algumas coisas:
- O sistema está operando em regime permanente;
- O ar é um gás ideal com calores específicos à temperatura ambiente;
- As variações de energia cinética e potencial são desprezíveis;
Passo 2
Vamos escrever os dados da questão:
O calor dissipado pelos componentes eletrônicos:
A temperatura de entrada
A temperatura de saída
A pressão atmosférica do ar
A vazão volumétrica do ar na entrada:
Comprimento do duto:
Sessão transversão do duto
Propriedades para o ar (Tabela ) da página 908 :
Passo 3
Para um duto em regime permanente, a equação do balanço de energia para conservação energética pode ser escrita como:
Para o balanço de massa:
Logo:
Sabemos que da equação da entalpia:
Portanto:
Passo 4
Substituindo os valores da questão na equação, obtemos o valor do calor transferido devido ao escoamento do ar:
Vamos achar o fluxo mássico do ar:
Da equação dos gases ideais:
Lembrando que para o ar
Passo 5
Portanto, o calor transferido é:
Passo 6
A taxa de calor total transferida é igual a soma das taxas de calor transferida pelo ar e pela superfície externa do duto: