A parede de uma casa, com espessura de 15 cm , foi executada com um material, com
. A superficie interna da parede encontra-se na temperatura de
. A superficie externa está em contato com o ar em movimento, com
e temperatura de
. Calcular o fluxo de calor por unidade de área através da parede.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre uma parede com 15 cm de espessura feita de um material que tem uma condutividade térmica (
) de
. A temperatura interna da parede é
e a externa está em contato com o ar a
, com um coeficiente de transferência de calor por convecção (
) de
. A gente precisa calcular o fluxo de calor por unidade de área através dessa parede. Para resolver isso, vamos usar conceitos de condução e convecção de calor.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa fluxo de calor por unidade de área. Basicamente, é a quantidade de calor que passa através de uma área específica da parede por segundo. Para calcular isso, vamos considerar que o calor passa de dentro para fora da parede por condução e depois do lado de fora para o ar por convecção.
Passo 3
A condução de calor através da parede pode ser calculada usando a Lei de Fourier, que diz:
Onde:
-
é o fluxo de calor por condução. -
é a espessura da parede. -
é a diferença de temperatura. -
é a condutividade térmica do material.
Passo 4
A convecção de calor na superfície externa é dada pela fórmula:
Onde:
-
é o fluxo de calor por convecção. -
é o coeficiente de transferência de calor por convecção. -
é a diferença de temperatura entre a superfície externa e o ar.
Passo 5
Como o calor precisa passar pelos dois processos (condução e depois convecção), podemos somar as resistências térmicas desses processos para encontrar a resistência total (
):
Passo 6
A diferença de temperatura total (
) que o calor sofre ao passar pela parede é:
Passo 7
Agora, podemos calcular o fluxo de calor por unidade de área (
) usando a relação:
Passo 8
Substituindo os valores:
Resposta
O fluxo de calor por unidade de área através da parede é de aproximadamente
.