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

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 ( dotQ) que passa por um material é dado por:
dotQ = k cdot A cdot De
Onde:
  • k é a condutividade térmica do material,
  • A é a área da parede,
  • De é a diferença de temperatura,
  • d 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 ( R) para cada camada é:
R = dk cdot A
A resistência total será a soma das resistências das duas camadas:
Rtotal = R1 + R2 = d1k1 cdot A + d2k2 cdot A

Passo 4

Agora, precisamos dos valores de k para cada material:
  • Fibra de vidro: geralmente, k1 = 0,04 W/m·K
  • Tijolos: geralmente, k2 = 0,72 W/m·K
Também temos:
  • d1 = 0,10 m (10 cm)
  • d2 = 0,15 m (15 cm)
  • A = 6 m²²
  • De

Passo 5

Vamos calcular cada resistência térmica:
Para a fibra de vidro:
R1 = 0,100,04 cdot 6 = 0,100,24 approx 0,4167 K/W
Para os tijolos:
R2 = 0,150,72 cdot 6 = 0,154,32 approx 0,0347 K/W

Passo 6

Somando as resistências:
Rtotal = 0,4167 + 0,0347 = 0,4514 K/W

Passo 7

Agora, usamos a relação entre a diferença de temperatura e a resistência total para encontrar o fluxo de calor:
dotQ = De

Passo 8

Convertendo para J/s (já que 1 W = 1 J/s):
dotQ approx 166,00 J/s

Resposta

A opção mais próxima é a letra b. 180,50 J/s.

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