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
.
Exercícios relacionados
Calcule a taxa de perda de calor a partir da parede de um forno por área unitária. A parede é construída com uma camada interna de aço com
de espessura
) e uma parede externa de tijolos de zircônio de
. A temperatura da superfície interna é de
e da superfície externa é de
. Qual é a temperatura na interface? (R: 898,6 K).
Uma parede de tijolos com
de espessura (
) está exposta a um vento frio a
através de um coeficiente de transferência de calor por convecção de
. No outro lado, existe ar parado a
, com um coeficiente de transferência de calor por convecção natural de
. Calcule a taxa de transferência de calor por área unitária, isto é, o fluxo de calor. (R: 223,9 W).
Humanos são capazes de controlar suas taxas de produção de calor e de perda de calor para manter aproximadamente a sua temperatura corporal de
sob uma ampla faixa de condições ambientais. Este processo é chamado de termorregulação. Com a perspectiva de calcular a transferência de calor entre um corpo humano e sua vizinhança, focamos em uma camada de pele e gordura, com a sua superfície externa exposta ao ambiente e sua superfície interna a uma temperatura um pouco abaixo da temperatura corporal,
. Considere uma pessoa com uma camada de pele/gordura com espessura
e com condutividade térmica efetiva de
. A pessoa tem uma área superficial de
está vestindo roupa de banho. A emissividade da pele é
.
a) Estando a pessoa no ar em repouso a , qual é a temperatura superficial da pele e a taxa de perda de calor para o ambiente? A transferência de calor por conveç̧ão para o ar é caracterizada por um coeficiente de convecção natural
); (R:
).
b) Estando a pessoa imersa na água a , qual é a temperatura superficial da pele e a taxa de perda de calor? A transferência de calor para a água é caracterizada por um coeficiente de convecção
). (R:
).
a) Estando a pessoa no ar em repouso a
b) Estando a pessoa imersa na água a
Calcular a densidade de fluxo de calor na seção da parede (entre as linhas tracejadas), em função das resistências R1, R2, R3, e R4. Considere k1 = k2 =k4 =1,15[W/mK], k3 = 1,00 [W/m K], Profundidade = 1 [m]