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).
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre transferência de calor em uma parede de tijolos. A gente vai usar conceitos de condução de calor (que é a passagem de calor através de materiais) e convecção (que é a transferência de calor pela movimentação de fluidos, como o ar). Precisamos calcular a taxa de transferência de calor por área unitária, ou seja, o fluxo de calor.
Passo 2
Primeiro, vamos entender que a transferência de calor total ocorre através de múltiplas resistências térmicas. Nesse caso, temos três resistências:
- A convecção no lado do vento frio.
- A condução através da parede de tijolos.
- A convecção no lado do ar quente.
Passo 3
A gente pode modelar isso como resistências térmicas em série. A taxa de transferência de calor,
, pode ser calculada pela diferença de temperatura total dividida pela soma das resistências térmicas:
Onde
é a diferença de temperatura entre os dois lados da parede.
Passo 4
Vamos calcular cada resistência térmica individualmente.
Resistência da convecção no lado do vento frio:
Onde
.
Resistência da condução através da parede:
Onde
e
.
Resistência da convecção no lado do ar quente:
Onde
.
Passo 5
Calculando cada resistência:
Passo 6
Somando todas as resistências para obter a resistência total:
Passo 7
Agora, calculamos a diferença de temperatura entre os dois lados da parede:
Passo 8
Finalmente, aplicamos a fórmula da taxa de transferência de calor:
Resposta
A taxa de transferência de calor por área unitária é aproximadamente 223,9 W.