719472-1-53 AID: 75 | 13/05/2016
Conhecendo as temperaturas inicial e final de uma chapa de aço inoxidável AISI 304
durante um estágio de processo de têmpera, ao passar através de um forno aquecido
eletricamente. Sabendo que o teto e as quatro paredes do forno estão expostos ao ar
ambiente e a uma grande vizinhança de mesma temperatura, e que no chão do forno
pousa uma placa de concreto. Precisamos estimar a potência elétrica que deve ser
fornecida ao forno.
Com os dados fornecidos no enunciado podemos montar o esquema abaixo:
Chapa de aço inoxidável AISI 304:
300 Temperatura de entrada
1250 Temperatura de saída
8 0,008 Espessura da chapa
2 Largura da chapa
0,01 Velocidade de aquecimento
i
o
c
c
c
T K
T K
t mm m
W m
V m
Forno:
sup
sup
2
2 Altura do forno
25 Largura do forno
2, 4 Comprimento do forno
350 Temperatura das superfícies do forno
0,8 Coeficiente de emissividade
10 Coeficiente de convecção
f
f
f
H m
L m
W m
T K
h W m K
Ar ambiente:
2
300 Temperatura do ar ambiente
10 Coeficiente de convecção do ar
T K
h W m K
Placa de concreto:
350 Temperatura do bloco
0,5 Espessura do bloco
b
b
T K
t m
Precisamos ainda de dados adicionais do aço inoxidável AISI 304 (tabela A.1) e do bloco
de concreto (tabela A.3):
3
300 1250 775 Temperatura média da chapa
2
7900 Densidade do aço
578 Calor específico do aço
1, 4 Condutividade térmica do concreto a 300 K
a
p
c
T K
kg m
c J kg K
k W m K
As seguintes considerações foram feitas para resolução do exercício:
(1) Condições de regime estacionário.
(2) Todas as propriedades são constantes.
(3) Variações nas energias potencial e cinética foram desprezadas.
A taxa de aumento de energia para o forno deve ser balanceada com a taxa de
transferência de energia para a chapa de aço e a taxa de perda de calor do forno.
Considerando o forno com um sistema aberto, podemos utilizar a equação simplificada
da energia térmica para sistemas com escoamento em regime estacionário:
0
Calor transferido pelo forno
Vazão mássica
Potência elétrica fornecida ao forno
ele p i
ele
P q m c T T
q
m
P
&
&
....(1)
Podemos calcular a vazão mássica como o produto da densidade, largura e espessura da
chapa de aço pela velocidade de aquecimento do forno:
