Uma parede composta separa gases de combustão a 2400^circ C de um líquido refrigerante a 100^circ C, com coeficientes de transferência de calor no lado do gás e no do líquido iguais a 50 e 1000 W /(m^2 K). A parede é composta por uma camada de espessura igual a 10 mm de óxido de berílio ( k=21,5 W / m K ) no lado do gás e uma placa de 20 mm de espessura de aço inoxidável AISI 304 ( k=25,4 W / m K) no lado do líquido. A resistência de contato entre o óxido e o aço é de 0,05 m^2 K / W.
a) Esboce o circuito térmico equivalente que representa a situação apresentada.

Passo 1

Vamos começar resumindo o que a questão nos apresenta. Temos uma parede composta que separa dois ambientes: um com gases de combustão a e outro com um líquido refrigerante a . A transferência de calor ocorre através dessa parede, que possui diferentes materiais e resistências. Para resolver essa questão, vamos precisar entender como modelar essa situação usando o conceito de circuito térmico equivalente, que representa as diferentes resistências ao fluxo de calor.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar todas as resistências ao fluxo de calor nessa parede composta. Existem três tipos principais de resistência que devemos considerar:
  1. Resistência por Convecção no Lado do Gás ( á): Essa resistência está relacionada à transferência de calor do gás para a primeira camada da parede.
  2. Resistência por Condução na Camada de Óxido de Berílio ( ): Refere-se à transferência de calor através da camada de óxido de berílio.
  3. Resistência de Contato ( ): É a resistência adicional devido à interface entre o óxido de berílio e o aço inoxidável.
  4. Resistência por Condução na Placa de Aço Inoxidável ( ç): Relaciona-se à transferência de calor através da placa de aço inoxidável.
  5. Resistência por Convecção no Lado do Líquido ( í): Essa resistência está ligada à transferência de calor do aço inoxidável para o líquido refrigerante.

Passo 3

Agora, vamos representar essas resistências no circuito térmico equivalente. No circuito térmico, cada resistência ao fluxo de calor é representada por um resistor. Como todas essas resistências estão uma após a outra no caminho do fluxo de calor, elas serão conectadas em série.
Portanto, o circuito térmico será composto da seguinte forma:
  1. á: Representa a resistência por convecção no lado do gás.
  2. : Representa a resistência por condução na camada de óxido de berílio.
  3. : Representa a resistência de contato entre o óxido e o aço.
  4. ç: Representa a resistência por condução na placa de aço inoxidável.
  5. í: Representa a resistência por convecção no lado do líquido.

Resposta

O circuito térmico equivalente consiste em cinco resistências conectadas em série na seguinte ordem: resistência por convecção no lado do gás ( á), resistência por condução na camada de óxido de berílio ( ), resistência de contato entre o óxido e o aço ( ), resistência por condução na placa de aço inoxidável ( ç) e resistência por convecção no lado do líquido ( í).

Exercícios relacionados