(a) Mostre o circuito térmico que representa a situação de transferência de calor em regime estacionário. Certifique-se de que sejam identificados todos os elementos, nós e taxas de transferência de calor. Deixe na forma simbólica.
(b) Suponha as seguintes condições:
e
. Calcule o fluxo térmico
que é necessário para manter a temperatura da superfície de fixacão a
.
(b) Suponha as seguintes condições:
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício tem duas partes e fala sobre transferência de calor em regime estacionário. A gente precisa desenhar um circuito térmico que representa essa situação e depois calcular o fluxo térmico necessário para manter uma certa temperatura na superfície. Para isso, vamos precisar entender alguns conceitos básicos de transferência de calor e como representá-los em um circuito térmico usando símbolos.
Passo 2
Primeiro, vamos para a parte (a). Um circuito térmico é como um diagrama elétrico, mas para calor. Nele, usamos elementos como resistências térmicas para representar obstáculos à passagem do calor, fontes de calor para indicar onde o calor está sendo fornecido ou removido, e nós para os pontos de temperatura.
Então, para representar a transferência de calor em regime estacionário:
- Fonte de calor: Representa a geração ou remoção de calor. Pode ser uma potência térmica.
- Resistência térmica: Representa a dificuldade na passagem do calor, como paredes ou materiais isolantes.
- Nós: Pontos onde as temperaturas são medidas ou controladas.
O diagrama simbólico vai ter:
- Um nó para a temperatura ambiente
. - Uma resistência térmica relacionada ao coeficiente de transferência de calor convectiva
. - Outro nó para a temperatura da superfície de fixação
. - A resistência térmica associada à transferência de calor conduzida.
- Finalmente, o fluxo térmico
que conecta tudo.
Passo 3
Agora, vamos para a parte (b). Queremos calcular o fluxo térmico
necessário para manter a temperatura da superfície de fixação
, dadas as condições:
- Temperatura ambiente
- Coeficiente de transferência de calor convectiva
- Temperatura interna
Vamos usar a equação de transferência de calor por convecção:
Como queremos o fluxo térmico por unidade de área, a equação fica:
Substituindo os valores:
Resposta
O fluxo térmico necessário é
.