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:
  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, , 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.

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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?
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longo da parede resulta em um coeficiente de transferência de calor .
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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.