Os conceitos de transferência de calor também são bastante utilizados em questões relacionadas ao conforto térmico de ambientes. Considere uma unidade industrial que utiliza um forno em seu processo. Para melhorar o conforto dos trabalhadores, este forno será isolado do resto do ambiente, com a construção de uma parede formada por duas camadas, para reduzir a temperatura no ambiente comum de operação. Planeja-se que a primeira camada da parede seja de fibra de vidro e tenha 10 cm de espessura. A segunda camada da parede será de tijolos e terá 15 cm de espessura. Essa parede que será construída terá uma área de 6 m². Considerando apenas o processo de condução, a temperatura na superfície da parede em contato com o interior da sala do forno é de 105 °C, e a temperatura na superfície da parede em contato com o ambiente de operação é 30 °C. O fluxo de calor estabelecido através da parede, em J/s, é igual a:
a. 126,85 J/s
b. 180,50 J/s
c. 78,60 J/s
d. 65,25 J/s
e. 102,35 J/s
a. 126,85 J/s
b. 180,50 J/s
c. 78,60 J/s
d. 65,25 J/s
e. 102,35 J/s
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre transferência de calor por condução em uma parede de duas camadas para melhorar o conforto térmico em um ambiente industrial. A gente vai precisar usar a Lei da Condução de Calor para calcular o fluxo de calor que passa pela parede. Vamos precisar das informações sobre a espessura e o material de cada camada, a área da parede, e as temperaturas nas superfícies internas e externas.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a Lei da Condução de Calor. Ela nos diz que o fluxo de calor (
) que passa por um material é dado por:
Onde:
-
é a condutividade térmica do material, -
é a área da parede, -
é a diferença de temperatura, -
é a espessura do material.
Passo 3
Como a parede tem duas camadas, vamos calcular a resistência térmica de cada uma e depois somá-las. A resistência térmica (
) para cada camada é:
A resistência total será a soma das resistências das duas camadas:
Passo 4
Agora, precisamos dos valores de
para cada material:
- Fibra de vidro: geralmente,
- Tijolos: geralmente,
Também temos:
-
(10 cm) -
(15 cm) -
-
Passo 5
Vamos calcular cada resistência térmica:
Para a fibra de vidro:
Para os tijolos:
Passo 6
Somando as resistências:
Passo 7
Agora, usamos a relação entre a diferença de temperatura e a resistência total para encontrar o fluxo de calor:
Passo 8
Convertendo para J/s (já que 1 W = 1 J/s):
Resposta
A opção mais próxima é a letra b. 180,50 J/s.