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.
Exercícios relacionados
A parede plana de uma fornalha é fabricada em aço-carbono não ligado (
K),
) e tem uma espessura
. Para proteger essa parede dos efeitos corrosivos dos gases de combustão, uma superfície da parede é revestida por uma fina película cerâmica que, para uma unidade de área superficial, tem uma resistência térmica de
. A superfície oposta encontra-se termicamente isolada da vizinhança.
Na partida da fornalha, a parede se encontra a uma temperatura inicial de
gases de combustão, a
, entram na fornalha, mantendo na película cerâmica um coeficiente convectivo
. Supondo que a película tem uma capacitância térmica desprezível, quanto tempo irá levar até que a superfície interna do aço atinja uma temperatura de
? Neste instante, qual é a temperatura
na superfície externa da película cerâmica?
Um floco de cereal tem espessura
. A massa específica, o calor específico e a condutividade térmica do floco são
, e
, respectivamente. O produto deve ser cozido através do aumento de sua temperatura de
até
em um forno convectivo, através do qual o produto é passado sobre uma esteira. Se o forno tiver
de comprimento, e o coeficiente de transferência de calor na superfície do produto e a temperatura do ar no interior do forno forem
e
, respectivamente, determine a velocidade requerida da esteira,
. Um engenheiro sugere que se a espessura do floco for reduzida para
, a velocidade da esteira por ser aumentada, resultando em maior produtividade. Determine a velocidade requerida da esteira para o floco mais fino.
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).
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