Uma parede de tijolos com 0,1 m de espessura ( k=0,7 W / m K ) está exposta a um vento frio a 270 K através de um coeficiente de transferência de calor por convecção de 40 W /(m^2 K). No outro lado, existe ar parado a 330 K, com um coeficiente de transferência de calor por convecção natural de 10 W /(m^2 K). 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:
  1. A convecção no lado do vento frio.
  2. A condução através da parede de tijolos.
  3. 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, Q = De, 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:
Rconv1 = 1h1
Onde Rcond = dk .
Resistência da condução através da parede:
Rconv2 = 1h2
Onde e .
Resistência da convecção no lado do ar quente:
Onde .

Passo 5

Calculando cada resistência:
Rconv1 = 140 = 0,025 , K/W
Rcond = 0,10,7 approx 0,1429 , K/W
Rconv2 = 110 = 0,1 , K/W

Passo 6

Somando todas as resistências para obter a resistência total:
Rtotal = Rconv1 + Rcond + Rconv2 = 0,025 + 0,1429 + 0,1 = 0,2679 , K/W

Passo 7

Agora, calculamos a diferença de temperatura entre os dois lados da parede:
De

Passo 8

Finalmente, aplicamos a fórmula da taxa de transferência de calor:
Q = 600,2679 approx 223,9 , W

Resposta

A taxa de transferência de calor por área unitária é aproximadamente 223,9 W.

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