Um forno cerâmico possui uma parede de espessura , área superficial condutividade térmica . A temperatura da superfície interna dessa parede é . A temperatura ambiente (suficientemente longe da parede do forno) é . Considere que o fluxo de calor para fora da parede (em direção ao ambiente externo ao forno) ocorre de forma convectiva ( ) e radiante ( e ). Considerando o fluxo radiante como sendo , obtenha o valor da temperatura na superfície externa da parede ( ). Caso eu queira substituir essa parede por uma de maior poder isolante ( ), qual será o novo valor da temperatura da superfície externa?
DICA DA QUESTÃO 10: não perca tempo usando o conceito de resistência térmica.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão fala sobre a transferência de calor através da parede de um forno cerâmico. A gente precisa usar conceitos de condução térmica, convecção e radiação para encontrar a temperatura na superfície externa da parede. Vai precisar das fórmulas de transferência de calor para condução, convecção e radiação.

Passo 2

Primeiro, vamos entender que a quantidade de calor que passa pela parede por condução ( ) deve ser igual à quantidade de calor que sai da parede para o ambiente por convecção ( ) e radiação ( ). Então, temos:

Passo 3

Vamos calcular cada parte. A condução de calor é dada por:
Onde:
  • é a condutividade térmica
  • é a área
  • é a temperatura interna
  • é a temperatura externa
  • é a espessura da parede

Passo 4

A convecção de calor é calculada por:
Onde:
  • é o coeficiente de transferência de calor por convecção
  • é a temperatura ambiente

Passo 5

A radiação de calor é dada por:
Onde:
  • é a emissividade
  • é a constante de Stefan-Boltzmann

Passo 6

Agora, substituímos todas as expressões na equação inicial:

Passo 7

Simplificando que aparece em todos os termos:

Passo 8

Substituímos os valores de :

Passo 9

Calculamos os termos numéricos:

Passo 10

Distribuímos e reorganizamos a equação:

Passo 11

Aproximando e ignorando termos pequenos devido à baixa multiplicação:

Passo 12

Somamos e dos dois lados:

Passo 13

Isolamos :

Resposta

A temperatura na superfície externa da parede é aproximadamente . Se substituirmos a parede por uma com maior poder isolante ( ), a nova temperatura da superfície externa será menor, aproximadamente .

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Assinale a afirmação correta, com relação aos mecanismos de transferência de calor. (B) Por convecção, é dependente da viscosidade do fluido, sendo representada por .
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