(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 .

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:
  1. Um nó para a temperatura ambiente .
  2. Uma resistência térmica relacionada ao coeficiente de transferência de calor convectiva .
  3. Outro nó para a temperatura da superfície de fixação .
  4. A resistência térmica associada à transferência de calor conduzida.
  5. 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:
í
Como queremos o fluxo térmico por unidade de área, a equação fica:
Substituindo os valores:

Resposta

O fluxo térmico necessário é .

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