Enunciado

Considere a distribuição de temperaturas em regime estacionário no interior de uma parede composta pelos Materiais A e B .

O processo condutivo é unidimensional. No interior de qual material ocorre geração volumétrica de calor uniforme? Qual é a condição de contorno em x   =   -   L A ?

Como a distribuição de temperaturas se modificaria caso a condutividade térmica do Material A for dobrada?

Como a distribuição de temperaturas se modificaria caso a condutividade térmica do Material B for dobrada? Há uma resistência de contato na interface entre os dois materiais?

Esboce a distribuição de fluxos térmicos q x ' '   ( x )   através da parede composta.

Passo 1

Vamos lá! primeiro vamos entender nosso problema, o problema diz que se trata de um sistema unidimensional com geração de energia, logo a troca de calor só ocorre em uma direção, vamos fazer nosso diagrama pra facilitar nossa vida.

Agora precisamos fazer nossas famosas considerações. Hehe (u.u)

I - C o n d u ç ã o   u n i d i m e n s i o n a l

I I - P r o p r i e d a d e s   c o n s t a n t e s

Passo 2

Tendo tudo isso em vamos escrever nossa lei de Fourier (equação 2.21 ).

Como nossa condução é unidimensional e há geração de energia, temos:

Como estamos analisando o regime permanente podemos descartar nossa parcela que varia com o tempo, assim nossa equação pra parte B fica:

q ˙ l = q x ' ' = - k B ∂ T ∂ x L

Agora pra nossas condições de contorno, na parte A nossa temperatura não muda, então ela funciona como se fosse um isolante perfeito:

x = - L A ,   q x ' ' = 0 = - k A ∂ T ∂ x 0

Passo 3

Usando condições de contorno do passo anterior vamos analisar como nosso fluxo varia de acordo com k A e k B .

Em A ,   q x ' ' = 0 a geração ocorre somente em B , assim temos que mudar k A não afeta em nada nosso problema.

Seguindo nossa equação.

q x ' ' = - k B ∂ T ∂ x L

Se dobrarmos k B temos:

q x ' ' = - 2 k B ∂ T ∂ x L

q x ' ' 2 = - k B ∂ T ∂ x L

Dobrar nosso coeficiente de condutividade resulta reduzir pela metade nosso fluxo, o que é uma ideia lógica, imagina que se temos 1 segurança pra barrar pessoas que queiram passar em um portão, se dobrarmos a quantidade de seguranças vamos reduzir pela metade a quantidade de pessoas que conseguem furar o bloqueio, tendo em vista que os seguranças tem a mesma capacidade física!

Passo 4

Vamos lá! Usando os resultados das nossas condições de contorno e as análises do passo anterior temos que o comportamento do fluxo em B é linear assim nosso gráfico fica.

Isso é tudo pessoal! \o/

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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