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.

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:
í
onde:
  • é o fluxo de calor,
  • é o coeficiente de convecção,
  • é a área de transferência,
  • í 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.

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