A parede composta de um forno possui três materiais, dois dos quais com condutividade térmica,
e
, e espessura
, e
. K
. Considere que a radiação térmica é desprezível.
Determine:
c) O fluxo de calor pelo mecanismo convectivo.
Determine:
c) O fluxo de calor pelo mecanismo convectivo.
Passo 1
Então, vamos lá! Temos uma parede de forno composta por três materiais diferentes. Dois desses materiais têm condutividades térmicas conhecidas:
e
. As espessuras são
,
e
. As temperaturas envolvidas são
,
e
. A transferência de calor por radiação térmica é desprezível, e temos um coeficiente de convecção
. Nosso objetivo aqui é determinar o fluxo de calor pelo mecanismo convectivo.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa fluxo de calor convectivo. A convecção é a transferência de calor entre uma superfície e um fluido que está em movimento sobre ela. A fórmula básica para o fluxo de calor por convecção é:
onde:
-
é o fluxo de calor, -
é o coeficiente de convecção, -
é a área de transferência, -
é a temperatura na superfície, -
é a temperatura do fluido distante.
Passo 3
No nosso caso, precisamos identificar quais são as temperaturas envolvidas na convecção. A temperatura da superfície do lado interno do forno é
e a temperatura do fluido distante é
. Parece que há uma transferência de calor de dentro para fora, mas geralmente consideramos a superfície externa em relação ao fluido. Vamos revisar os dados para garantir que estamos aplicando corretamente as temperaturas.
Passo 4
Considerando que a temperatura externa do forno é
e o fluido ambiente está a
, parece que há um aquecimento externo. Porém, isso pode depender do contexto específico. Para simplificar, vamos assumir que a transferência de calor ocorre entre a superfície interna do forno e o ambiente externo. Então, usamos
como a temperatura da superfície e
como a temperatura do fluido.
Passo 5
Agora, precisamos da área de transferência de calor,
. No enunciado, não foi fornecida uma área específica, então vamos considerar uma área genérica. Se o problema fornecer uma área, substituímos aqui. A fórmula fica então:
Substituindo os valores que temos:
Como fluxo de calor não pode ser negativo, isso indica que o calor está fluindo do ambiente para a superfície interna, e tomamos o valor absoluto:
Resposta
O fluxo de calor pelo mecanismo convectivo é
, onde
é a área de transferência de calor.