Construa uma parede com três materiais, dois deles com condutividade térmica de 20 W/(m.K) e espessura de 0.3 m, e o terceiro material, B, que se encontra entre os outros dois, com espessura de 0.15 m. O terceiro possui espessura de 0.15 m e condutividade térmica kB = 5 W/(m.K). A temperatura do ar no interior do forno é 780°C e a temperatura do ar no ambiente externo é 25°C. O coeficiente de convecção na parte interna é 35,5 W/(m².K) e o da parte externa é 20,5 W/(m².K). Obtenha os valores das temperaturas nas superfícies interna e externa, bem como nas interfaces dos materiais. Obtenha o valor do fluxo de energia térmica.
Passo 1
O enunciado descreve uma parede plana composta por três camadas em série com convecção em ambas as faces. No interior do forno a temperatura do ar é
e no exterior é
. As camadas têm propriedades:
– camada 1: espessura ,m, condutividade
,W/(
)
– camada 2 (material B): espessura ,m, condutividade
,W/(
)
– camada 3: espessura ,m, condutividade
,W/(
)
Os coeficientes de convecção são ,W/(
·K) na face interna e
,W/(
·K) na face externa.
Conteúdo: resistências térmicas em série (convecção + condução) e distribuição de temperatura.
– camada 1: espessura
– camada 2 (material B): espessura
– camada 3: espessura
Os coeficientes de convecção são
Conteúdo: resistências térmicas em série (convecção + condução) e distribuição de temperatura.
Passo 2
Calculamos as resistências térmicas por unidade de área (
,
):
Passo 3
A resistência térmica total é
O fluxo de calor por metro quadrado é
Passo 4
Para obter as temperaturas nas superfícies e nas interfaces, subtraímos quedas de temperatura sucessivas iniciando em
:
Resposta
Temperaturas:
(superfície interna)
(entre as camadas 1 e 2)
(entre as camadas 2 e 3)
(superfície externa)
Fluxo térmico por unidade de área: