Determine o fluxo e a taxa de transferência de calor através de uma placa de aço (
) cuja área é de
espessura de
quando uma de suas superfícies é mantida a
e a outra a
.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre transferência de calor por condução! A gente tem uma placa de aço com certa área e espessura, e as duas faces dela estão a temperaturas diferentes. O que precisamos encontrar é o fluxo de calor (quanto calor passa por metro quadrado) e a taxa de transferência de calor total (quanto calor passa pela placa inteira).
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é transferência de calor por condução. Esse é um processo onde o calor se move através de um material sólido de uma região mais quente para uma mais fria. A fórmula que usamos para calcular o fluxo de calor é:
Onde:
-
é o fluxo de calor (W/m²) -
é a condutividade térmica do material (W/mK) -
é a diferença de temperatura (°C ou K) -
é a espessura do material (m)
Passo 3
Vamos aplicar essa fórmula com os valores do problema. Primeiro, precisamos garantir que todas as unidades estejam no sistema internacional:
-
- Área
- Espessura
(convertendo milímetros para metros) -
e , então
Aplicando na fórmula:
Passo 4
Agora que temos o fluxo de calor por metro quadrado, podemos encontrar a taxa total de transferência de calor (
) multiplicando o fluxo pela área da placa:
Resposta
O fluxo de calor através da placa é de
e a taxa de transferência de calor total é de
.
Exercícios relacionados
Um trecho de 15 m de uma tubulação (diâmetro interno igual a 20 mm ) transporta um gás, desde um sistema de aquecimento até um ponto de consumo. O gás entra a
, pressão de 100 kPa , velocidade de
, e abandona esse trecho de tubulação à
. Determine a taxa de perda de calor do ar no duto para o ambiente sob condições de regime permanente. Estime o custo mensal desta perda, considerando que ela é integralmente associada a uma dissipação de energia elétrica (R$ 0,75/kWh). Considere o gás como ideal, cujo Cp, para essa faixa de temperatura e pressão é de aproximadamente
.
O fluxo de calor através de um material isolante de
de espessura com uma diferença de temperatura
entre as duas superfícies é de
. Calcule a condutividade térmica deste material.
O ar aquecido a
flui sobre uma placa mantida a
. O coeficiente de transferência de calor por convecção forçada é de
. Calcule a taxa de transferência de calor para a placa através de uma área igual a
.
Considere uma parede plana de espessura 50 cm , com geração de calor uniforme (
) com temperaturas superficiais constantes e iguais a
. Sabendo que a condutividade térmica é constante e igual a
, determine a equação de distribuição de temperatura na parede plana e o fluxo de calor em seu interior.