- Exercício 3.14. Um forno de formato cúbico, com altura de 5 ft , está isolado com 4 de um material isolante (k=1 Btu/h.ftOF). Nele são inseridas
de uma liga metálica, que se funde a 1100 of, com calor latente de fusão da liga de 300 Btu/lb. O forno se encontra em um ambiente onde a temperatura é 75 of e o coeficiente de película é
.
. Desprezando-se a resistência térmica do forno e admitindo-se que a liga já entre a
, pede-se:
a) o fluxo de calor pelas 6 faces do forno
a) o fluxo de calor pelas 6 faces do forno
Passo 1
Vamos lá! Você me enviou um exercício sobre transferência de calor em um forno cúbico isolado. O conteúdo envolve condução e convecção de calor, e vamos precisar usar algumas fórmulas básicas de transferência de calor para resolver. O que queremos descobrir é quanto calor está passando pelas 6 faces do forno.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as informações que temos:
- Altura do forno: 5 ft
- Espessura do material isolante (d): 4 ft
- Condutividade térmica do isolante (k): 1 Btu/h.ft.°F
- Temperatura interna do forno (T₁): 1100 °F
- Temperatura ambiente (T₂): 75 °F
- Coeficiente de película (h): 2 Btu/h.ft².°F
Passo 3
Como o forno é cúbico, todas as suas faces têm a mesma área. Vamos calcular a área de uma face:
A altura é 5 ft, então cada face tem área igual a:
Como são 6 faces, a área total (A_total) é:
Passo 4
Agora, vamos calcular a transferência de calor por condução através do material isolante. A fórmula da condução de calor é:
Onde:
- $ k $ é a condutividade térmica,
- $ A $ é a área,
- $ \Delta T = T₁ - T₂ $ é a diferença de temperatura,
- $ d $ é a espessura do isolante.
Vamos substituir os valores:
Passo 5
Além da condução, também temos transferência de calor por convecção na superfície externa do isolante. A fórmula da convecção é:
Substituindo os valores:
Passo 6
O fluxo total de calor através das 6 faces do forno é a soma da condução e da convecção:
Resposta
O fluxo de calor total através das 6 faces do forno é de 345.938 Btu/h.