A parede de um forno é composta de uma camada de
de espessura de tijolos refratários (
). A temperatura da superfície interna da parede é de
. A superfície externa está em contato com o ar à temperatura ambiente
. Pode-se supor que a convecção natural ao
longo da parede resulta em um coeficiente de transferência de calor
.
a) Determine a perda de calor (por unidade de área) através da parede e a temperatura da superfície exterior.
b) Para diminuir as perdas de calor coloca-se uma camada de isolante (
) entre a parede do forno e o ambiente. O isolante é segurado por uma placa de aço (
) de
de espessura. Qual deve ser a espessura mínima da camada isolante para que a temperatura da placa de aço não ultrapasse os
?
c) O isolante utilizado é danificado se for submetido de forma contínua a temperaturas superiores a
. Avalie a espessura máxima aceitável da camada isolante, a perda de calor (por unidade de área) e a temperatura da placa de aço nesse caso.
longo da parede resulta em um coeficiente de transferência de calor
a) Determine a perda de calor (por unidade de área) através da parede e a temperatura da superfície exterior.
b) Para diminuir as perdas de calor coloca-se uma camada de isolante (
c) O isolante utilizado é danificado se for submetido de forma contínua a temperaturas superiores a
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de transferência de calor juntos! A questão fala sobre a perda de calor através da parede de um forno e como diminuir isso usando materiais com diferentes condutividades térmicas. Vamos precisar usar conceitos de condução e convecção de calor, além de entender como calcular a resistência térmica desses materiais.
Passo 2
Primeiro, vamos focar na parte a) do exercício. Queremos determinar a perda de calor por unidade de área através da parede e a temperatura da superfície externa.
Passo 3
Vamos começar identificando os dados que temos:
- Espessura da parede,
- Condutividade térmica dos tijolos refratários,
- Temperatura interna,
- Temperatura ambiente,
- Coeficiente de transferência de calor por convecção,
Passo 4
Para encontrar a perda de calor, vamos usar o conceito de resistência térmica. A resistência total é a soma da resistência pela condução na parede e da resistência pela convecç��o na superfície externa:
Onde:
Passo 5
Calculando
:
Calculando
:
Passo 6
Somando as resistências:
Passo 7
A diferença de temperatura entre o interior e o exterior é:
Passo 8
Usamos a fórmula da transferência de calor:
Passo 9
Agora, para encontrar a temperatura da superfície externa (
), usamos a parte da convecção:
Resposta
a) A perda de calor por unidade de área através da parede é aproximadamente
e a temperatura da superfície externa é
.