Calcular a densidade de fluxo de calor na seção da parede (entre as linhas tracejadas), em função das resistências R1, R2, R3, e R4. Considere k1 = k2 =k4 =1,15[W/mK], k3 = 1,00 [W/m K], Profundidade = 1 [m]

Passo 1

Beleza, vamos lá! Temos um exercício que pede para calcular a densidade de fluxo de calor em uma seção da parede, usando as resistências e . A matéria envolvida aqui é a Transferência de Calor, especificamente pelo mecanismo de condução térmica. Para resolver isso, vamos precisar entender como as resistências térmicas se somam e como elas afetam o fluxo de calor.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que a densidade de fluxo de calor ( ) é a quantidade de calor que passa por uma área por unidade de tempo. Ela pode ser calculada usando a fórmula:
Aqui, é a diferença de temperatura através da parede, e é a resistência térmica total da parede.

Passo 3

Agora, precisamos somar todas as resistências térmicas individuais para encontrar . Como as resistências estão em série (uma após a outra na parede), a resistência total é simplesmente a soma das resistências individuais:

Passo 4

Sabendo disso, substituímos na fórmula da densidade de fluxo de calor:

Passo 5

Mas como o exercício pede a densidade de fluxo de calor em função das resistências, não precisamos inserir valores numéricos. Portanto, a expressão final fica:

Resposta

A densidade de fluxo de calor na seção da parede é dada por:

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Humanos são capazes de controlar suas taxas de produção de calor e de perda de calor para manter aproximadamente a sua temperatura corporal de sob uma ampla faixa de condições ambientais. Este processo é chamado de termorregulação. Com a perspectiva de calcular a transferência de calor entre um corpo humano e sua vizinhança, focamos em uma camada de pele e gordura, com a sua superfície externa exposta ao ambiente e sua superfície interna a uma temperatura um pouco abaixo da temperatura corporal, . Considere uma pessoa com uma camada de pele/gordura com espessura e com condutividade térmica efetiva de . A pessoa tem uma área superficial de está vestindo roupa de banho. A emissividade da pele é .
a) Estando a pessoa no ar em repouso a , qual é a temperatura superficial da pele e a taxa de perda de calor para o ambiente? A transferência de calor por conveç̧ão para o ar é caracterizada por um coeficiente de convecção natural ); (R: ).
b) Estando a pessoa imersa na água a , qual é a temperatura superficial da pele e a taxa de perda de calor? A transferência de calor para a água é caracterizada por um coeficiente de convecção ). (R: ).
A parede de um forno é composta de uma camada de de espessura de tijolos refratários ( ). A temperatura da superfície interna da parede é de . A superfície externa está em contato com o ar à temperatura ambiente . Pode-se supor que a convecção natural ao
longo da parede resulta em um coeficiente de transferência de calor .
a) Determine a perda de calor (por unidade de área) através da parede e a temperatura da superfície exterior.
b) Para diminuir as perdas de calor coloca-se uma camada de isolante ( ) entre a parede do forno e o ambiente. O isolante é segurado por uma placa de aço ( ) de de espessura. Qual deve ser a espessura mínima da camada isolante para que a temperatura da placa de aço não ultrapasse os ?
c) O isolante utilizado é danificado se for submetido de forma contínua a temperaturas superiores a . Avalie a espessura máxima aceitável da camada isolante, a perda de calor (por unidade de área) e a temperatura da placa de aço nesse caso.
Uma caixa de transmissão, medindo de lado, recebe uma entrada de potência de vinda de um motor. Sendo a eficiência de transmissão ; como o escoamento do ar caracterizado por e , determinar a temperatura superficial da caixa de transmissão. (Desconsiderar a radiação, 1hp=746W).
Nas condições de operação presentes, a pressão parcial do hexano na corrente gasosa é , e o hexano dissolvido no solvente de absorção é de . A pressão total do sistema é de 1,5 atm e a temperatura é de . O coeficiente de transferência de massa filme de líquido, , é de s , e o coeficiente de transferência de massa na fase gasosa, , é de .
b) Qual é a composição de hexano na interface gás-líquido, em termos de ? Resp.: e .