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 m² K/W.
a) Esboce o circuito térmico equivalente que representa a situação apresentada.
b) Qual é a taxa de perda de calor por unidade de área da superfície na parede composta? Resp. 31832,80 W/m²
c) Determine as temperaturas nas duas superfícies que conferem descontinuidade de junção e são relacionadas à resistência de contato. Resp.
e
.
d) Esboce a distribuição de temperaturas do gás para o líquido.
a) Esboce o circuito térmico equivalente que representa a situação apresentada.
b) Qual é a taxa de perda de calor por unidade de área da superfície na parede composta? Resp. 31832,80 W/m²
c) Determine as temperaturas nas duas superfícies que conferem descontinuidade de junção e são relacionadas à resistência de contato. Resp.
d) Esboce a distribuição de temperaturas do gás para o líquido.
Passo 1
Beleza, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos uma parede composta que separa dois ambientes com temperaturas diferentes: um gás de combustão a
e um líquido refrigerante a
. A parede é feita de duas camadas: uma de óxido de berílio e outra de aço inoxidável. Também temos resistências térmicas nas superfícies dos materiais e uma resistência de contato entre as duas camadas. Nosso objetivo aqui é calcular a taxa de perda de calor por unidade de área dessa parede composta. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por condução e resistência térmica.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar todas as resistências térmicas envolvidas no sistema. Temos:
- Resistência convectiva no lado do gás (
): relacionada à transferência de calor do gás para a superfície do óxido de berílio. - Resistência condutiva na camada de óxido de berílio (
): relacionada à condução de calor através do óxido de berílio. - Resistência de contato (
): resistência na junção entre o óxido de berílio e o aço inoxidável. - Resistência condutiva na camada de aço inoxidável (
): relacionada à condução de calor através do aço inoxidável. - Resistência convectiva no lado do líquido (
): relacionada à transferência de calor da superfície do aço inoxidável para o líquido refrigerante.
Passo 3
Vamos calcular cada uma dessas resistências térmicas. A fórmula geral para resistência térmica por condução é:
onde:
-
é a espessura do material, -
é a condutividade térmica.
E para a resistência convectiva, usamos:
onde:
-
é o coeficiente de transferência de calor por convecção.
Resistência convectiva no lado do gás (
):
Resistência condutiva na camada de óxido de berílio (
):
Resistência de contato (
):
Resistência condutiva na camada de aço inoxidável (
):
Resistência convectiva no lado do líquido (
):
Passo 4
Agora, vamos somar todas essas resistências térmicas para obter a resistência total da parede composta (
):
Substituindo os valores:
Passo 5
Com a resistência total conhecida, podemos usar a seguinte fórmula para calcular a taxa de perda de calor por unidade de área (
):
onde
é a diferença de temperatura entre o gás e o líquido:
Substituindo os valores:
Resposta
A taxa de perda de calor por unidade de área da superfície na parede composta é de aproximadamente 31.832,80 W/m².