A parede de um forno industrial é construída com tijolos refratários de espessura
e condutividade térmica
). Medições realizadas durante a operação em regime estacionário apresentaram temperaturas de 1400 e 1150 K nas superfícies interna e externa, respectivamente. Qual a taxa de perda de calor através de uma parede com 0,5 por
de lado?
Passo 1
Beleza, vamos lá! Esse exercício fala sobre transferência de calor através de uma parede de forno. A gente vai usar conceitos de condução de calor, especificamente a lei de Fourier. Para resolver, a gente precisa dos dados da espessura da parede, condutividade térmica, temperaturas nas superfícies interna e externa, e as dimensões da parede.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a área da parede. Sabemos que a parede tem 0,5 metros de altura e 1,2 metros de largura. A área
é dada por:
Passo 3
Agora, vamos encontrar a diferença de temperatura entre as duas superfícies da parede. As temperaturas são 1400 K na parte interna e 1150 K na parte externa. Então:
Passo 4
Vamos usar a lei de Fourier para condução de calor, que é:
Onde:
-
é a taxa de perda de calor, -
é a condutividade térmica, -
é a área, -
é a diferença de temperatura, -
é a espessura da parede.
Passo 5
Substituindo os valores na fórmula:
Resposta
A taxa de perda de calor através da parede é de 1700 watts.
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Uma placa de 50 cm de espessura tem um dos seus lados mantidos a
e o outro, a
. A temperatura no plano central do material é de
, e o fluxo de calor através da placa é de 10.000
). Obtenha uma expressão para a condutividade térmica do material em função da temperatura na forma
, em que T é a temperatura em
. Se a temperatura no plano central fosse
, a condutividade térmica poderia ser escrita na forma
?
O elemento combustível proposto para um reator nuclear consiste de um núcleo cilíndrico de 5 cm de diâmetro, envolto por uma camada de
de alumínio. A face externa do alumínio estará em contato com o fluido transportador de calor, que manterá esta superfície a
. O núcleo fornece uma taxa de calor por unidade de volume de
. Devido ao efeito adverso da temperatura sobre o alumínio, a temperatura do revestimento não poderá exceder
em qualquer ponto. Este projeto é satisfatório? Para o alumínio use
, em que
kcal
a
, na faixa de 90 a
.
** Uma pedra tem massa de
. Quando a pedra é
suspensa da ponta inferior de uma corda e totalmente imersa na água, a tensão na corda é . Qual é a menor densidade de um líquido no qual a pedra flutuará?Resp:
suspensa da ponta inferior de uma corda e totalmente imersa na água, a tensão na corda é
Encontre os perfis de temperatura para os seguinte casos:
(a) Parede plana sem geração de calor e com temperatura prescrita em ambas as faces;
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