Uma parede composta separa gases de combustão a de um líquido refrigerante a , com coeficientes de transferência de calor no lado do gás e no do líquido iguais a 50 e . A parede é composta por uma camada de espessura igual a 10 mm de óxido de berílio ( ) no lado do gás e uma placa de 20 mm de espessura de aço inoxidável AISI 304 ( ) no lado do líquido. A resistência de contato entre o óxido e o aço é de 0,05 .
c) Determine as temperaturas nas duas superfícies que conferem descontinuidade de junção e são relacionadas à resistência de contato. Resp. e .

Passo 1

Beleza, vamos resolver essa questão de transferência de calor! O enunciado fala sobre uma parede que separa gases quentes de um líquido refrigerante, com diferentes materiais e resistências envolvidas. A gente vai precisar usar conceitos de resistência térmica e condução de calor para achar as temperaturas nas superfícies da junção. Vamos lá!

Passo 2

Primeiro, vamos entender o caminho que o calor faz nessa parede. O calor sai dos gases quentes, passa pela camada de óxido de berílio, depois pelo aço inoxidável, e finalmente para o líquido refrigerante. Cada material e interface tem sua própria resistência à passagem do calor.

Passo 3

A gente vai modelar esse sistema como resistências em série. As resistências térmicas envolvidas são:
  1. Resistência da convecção no lado dos gases.
  2. Resistência da condução no óxido de berílio.
  3. Resistência de contato entre óxido e aço.
  4. Resistência da condução no aço inoxidável.
  5. Resistência da convecção no lado do líquido.

Passo 4

Vamos calcular cada resistência térmica:
1. Resistência de convecção no lado dos gases ( á):
á
Onde ².
2. Resistência de condução no óxido de berílio ( í):
í
Onde e .
3. Resistência de contato ( ):
Já está dada: ².
4. Resistência de condução no aço inoxidável ( ç):
ç
Onde e .
5. Resistência de convecção no lado do líquido ( í):
í
Onde ².

Passo 5

Agora, vamos somar todas as resistências para achar a resistência total ( ):
áíçí

Passo 6

A diferença de temperatura total ( ) é a diferença entre a temperatura dos gases e do líquido:

Passo 7

A taxa de transferência de calor ( ) é a mesma através de todas as resistências:

Passo 8

Agora, para encontrar as temperaturas na junção, vamos considerar a resistência até a junção e a partir dela:
Temperatura na superfície do óxido ( ):
áí
Temperatura na superfície do aço ( ):
íç

Passo 9

Calculando as resistências:
Assumindo área ² para simplificação,
á
í
ç
í
Então,

Passo 10

Calculando a taxa de transferência de calor:

Passo 11

Agora, as temperaturas nas superfícies:

Resposta

As temperaturas nas superfícies de descontinuidade são aproximadamente e .

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Uma parede composta separa gases de combustão a de um líquido refrigerante a , com coeficientes de transferência de calor no lado do gás e no do líquido iguais a 50 e . A parede é composta por uma camada de espessura igual a 10 mm de óxido de berílio ( ) no lado do gás e uma placa de 20 mm de espessura de aço inoxidável AISI 304 ( ) no lado do líquido. A resistência de contato entre o óxido e o aço é de 0,05 .
b) Qual é a taxa de perda de calor por unidade de área da superfície na parede composta? Resp. 31832,80 W/m²
$\left.1^{\circ}\right)(2,5 pontos) Um chip, que possui de lado e espessura , é encaixado em um substrato cerâmico. Sua superficie exposta é resfriada por convecção por um liquido iônico com e . Quando desligado, o chip encontrase em equilibrio térmico com o liquido iônico. Contudo, quando o chip é energizado, sua temperatura aumenta até que uma nova condição de regime estacionário seja alcançada. Na análise a seguir, o chip energizado é caracterizado por um aquecimento volumétrico uniforme com . Suponha uma resistência de contato entre o chip e o substrato infinita, determina a temperatura do chip no regime estacionário. Após a ativação do chip, quanto tempo ele leva para atingir uma temperatura de inferior a temperatura do regime estacionário? A densidade e o calor específico do chip são e c = , respectivamente.
Uma janela de parede dupla é constituída de dois vidros idênticos separado por uma camada de ar estagnado ( ) de espessura e espessura do vidro igual a . A condutividade térmica do vidro é . O ar externo ( ) permanece com temperatura e o coeficiente de transferência de calor por convecção . Um sistema de aquecimento mantém o ar do ambiente interno à temperatura . O coeficiente de transferência de calor por convecção do ar interno é . Determine:
b) compare esse resultado com o fluxo de calor que passa através da janela de somente um vidro de espessura 4 mm , com as mesmas condições especificadas no problema e analise a questão considerando o ponto de vista da conservação de energia. Resp. Para uma janela de vidro, q
Uma janela de parede dupla é constituída de dois vidros idênticos separado por uma camada de ar estagnado ( ) de espessura e espessura do vidro igual a . A condutividade térmica do vidro é . O ar externo ( ) permanece com temperatura e o coeficiente de transferência de calor por convecção . Um sistema de aquecimento mantém o ar do ambiente interno à temperatura . O coeficiente de transferência de calor por convecção do ar interno é . Determine:
a) o fluxo de calor que passa através da janela dupla; Resp. 21,6 W/m²