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
.
c) Determine as temperaturas nas duas superfícies que conferem descontinuidade de junção e são relacionadas à resistência de contato. Resp.
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:
- Resistência da convecção no lado dos gases.
- Resistência da condução no óxido de berílio.
- Resistência de contato entre óxido e aço.
- Resistência da condução no aço inoxidável.
- Resistência da convecção no lado do líquido.
Passo 4
Vamos calcular cada resistência térmica:
1. Resistência de convecção no lado dos gases (
):
Onde
.
2. Resistência de condução no óxido de berílio (
):
Onde
e
.
3. Resistência de contato (
):
Já está dada: .
Já está dada:
4. Resistência de condução no aço inoxidável (
):
Onde
e
.
5. Resistência de convecção no lado do líquido (
):
Onde
.
Passo 5
Agora, vamos somar todas as resistências para achar a resistência total (
):
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 (
):
Temperatura na superfície do aço (
):
Passo 9
Calculando as resistências:
Assumindo área
para simplificação,
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
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
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
a) o fluxo de calor que passa através da janela dupla; Resp. 21,6 W/m²