A superfície plana de um forno a 150 °C, coberta com 1 cm de espessura de isolamento, é exposta ao ar a 30 °C, com coeficiente combinado de transferência de calor de 25   W / m 2 ⋅ K . A condutividade térmica do isolamento é 0 , 04   W / m ⋅ K . A taxa de perda de calor a partir da superfície por unidade de superfície é:

  1. 35 W
  2. 414 W
  3. 300 W
  4. 480 W
  5. 128 W

Passo 1

Queremos calcular a taxa de transferência de calor por unidade de área de uma superfície. Percebam que temos a interferência de dois processos na transferência de calor: condução no isolamento e o efeito combinado da radiação + convecção.

Portanto, em analogia de circuitos elétricos, no nosso sistema temos duas resistências em série: uma de condução e outra do processo combinado. Desta forma, calculando a resistência térmica equivalente da superfície, temos:

R e q u i v a l e n t e = R c o n d + R c o m b

R e q u i v a l e n t e = L c o n d k c o n d + 1 h c o m b = 1 ⋅ 10 - 2 0,04 + 1 25

R e q u i v a l e n t e = 0 , 29   K ⋅ m 2 / W

Bom, agora que determinamos a resistência térmica equivalente, basta substituirmos na lei de Fourier que obteremos a taxa de transferência de calor desejada. Desta forma,

Q ˙ = Δ T R e q u i v a l e n t e = 150 - 30 0 , 29

Q ˙ = 414   W / m 2

Apesar da unidade aqui obtida diferir da escrita nas respostas da questão, o significado é o mesmo: taxa de transferência de calor por unidade de área de superfície.

Portanto, a resposta obtida corresponde a letra b).

Resposta

Letra b).

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