Introdução a radiação Térmica (Parte 2)

Transcrição

1 Fenômenos de Transporte Capitulo 9 cont. Introdução a radiação Térmica (Parte 2) Prof. Dr. Christian J. Coronado Rodriguez IEM - UNIFEI

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3 Seassuperfíciesforemcorposnegros,entãoε 1 =ε 2 = 1 ; α 1 = α 2 = 1. A refletividade e a transmisividade valem zeroeasradiosidadesparaoscorpos1e2são: J = σ 4 1 T 1 J = σ 4 2 T 2 área é: A taxa liquida de calor transferida por unidade de Q A 4 = σ ( T 1 T 4 2 )

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8 Exemplo. 1 Duas superfícies muito grandes são mantidas a temperaturas uniformes de 300 C e 20 C respectivamente. A superfície de temperatura mais elevada tem uma emissividade de 0,8, enquanto a emissividade da outra superfície vale 0,1. Determine a taxa de calor transferido por radiação entre as duas superfícies.

9 Exemplo. 2 Uma terceira placa com emissividade de 0,3 é inserida entre as duas placas descritas no exemplo anterior. Recalcule a taxa de transferência de calor por radiação entre as duas placas originais.

10 FATORES DE FORMA DE RADIAÇÃO A radiação térmica é transmitida via ondas eletromagnéticas que viajam em linhas retas. A orientação geométrica das superfícies influenciam fundamentalmente a magnitude de TC por radiação entre as superfícies. Para levar este fator em consideração, o fator de forma de radiação é definido. F i-j : Fração de radiação que deixa a superfície i e incide na superfície j.

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12 UNIFEI 2013 A soma de todos os fatores de forma para uma dada superfície deve ser igual a 1. Por exemplo, se a superfície 1 for fechada e enxergar n superfícies, então: n j= 1 Fi, j = F1,1 + F1,2 + F1, F1, n = 1

13 Fator de forma de radiação entre dois discos paralelos

14 Fator de forma de radiação entre dois retângulos perpendiculares com aresta comum

15 Exemplo. 3 Determine o fator de forma F 1,2 para a configuração mostrada na Fig.

16 Exercício. 1. Duas placas negras paralelas de 0,5 por 1,0 m estão separados por uma distancia de 0,5 m. Uma placa é mantida a 1000 C e a outra a 500 C. Qual é a transferência de energia radiante entre as placas?

17 Exercício. 2. Dois cilindros concêntricos de diâmetros 10 e 20 cm tem 20 cm de comprimento. Calcule o fator de forma entre as extremidades abertas dos cilindros.

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20 Exemplo 4 Determine a TC de uma esfera pequena aquecida instalada em um cilindro fechado e em vácuo. A esfera tem 10 cm de diâmetro com uma emissividade de 0,8 e é mantida a uma temperatura uniforme de 300 C. A superfície interna do cilindro cuja área é de 0,5 m 2, tem uma emissividadede0,2eémantidaaumatemperaturauniformede20 C.

21 Exercício 3 O interior de um forno que possui o formato de um cilindro com 75 mm de diâmetro e 150 mm de comprimento, é aberto em uma de suas extremidades para uma grande vizinhança a 27 C. As laterais e o fundo podem ser aproximados por corpos negros, são aquecidos eletricamente e são mantidos a temperaturas de 1350 e 1650 C, respectivamente. Qual é a potência necessária para manter as condições do forno?

22 Exercício 3 (cont)

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24 Coeficiente de transferência de calor por radiação Há muitas situações nas quais uma superfície cinzenta, 1, esta completamente circuncidada por uma outra superfície cinzenta 2, cuja área é muito maior, A 2 >>>A 1. A taxa de transferência de energia pode ser calculada pela Eq. Quando a superfície estiver circundado por um corpo cinzento por uma área superficial muito grande, a taxa de transferência de calor por radiação será dada pela Eq. acima. O Coeficiente de transferência porradiação,h r,podeserobtidopelalinearizaçãodaeq.

25 Onde: Ataxatotaldecalortransferidodesuperfície1 ilustradanafig.é

26 Se a superfície 2 estiveramesma temperaturaque o ar que a circunda, que é um caso bastante comum, esta Eq. pode ser escrita como: O valor relativo das contribuições da radiação e da convecção na transferência total de calor da superfície são facilmente determinados a partir desta expressão.