Uma estufa de uso clínico tem 800 mm de altura e de 600 mm de largura e é constituída por duas chapas de metálicas, uma interna e outra externa, com um isolante térmico entre elas de 4 cm . A temperatura da superfície externa é constante e igual a
. Considere que o coeficiente convectivo entre a face externa da chapa metálica e o ar ambiente é de
, a emissividade da superfície vale 0,75 e que a temperatura do meio ambiente é de
. Desprezando a resistência térmica à transferência de calor por condução nas chapas metálicas constituintes da parede, pede-se calcular a taxa de calor. (R: 238,4 W)
Passo 1
Beleza, o problema é o seguinte: a estufa (tipo forno) tem uma parede de 0,8 m de altura por 0,6 m de largura, com um isolante de 4 cm entre duas chapas metálicas (que a gente vai desprezar a resistência delas). A face externa da chapa está a 45 °C, o ar ambiente tá a 20 °C, tem convecção com coeficiente
e radiação com emissividade
. Queremos achar a taxa de calor que essa parede perde pro ambiente, usando os conceitos de convecção e radiação (Stefan–Boltzmann).
O que vamos precisar:
- Converter dimensões e temperaturas.
- Calcular área da parede.
- Usar a lei de Stefan–Boltzmann para achar uma “condutância” de radiação
. - Somar
e para achar a condutância total e, por fim, calcular .
Passo 2
Calcular a área da parede:
Passo 3
Converter temperaturas para Kelvin (porque Stefan–Boltzmann trabalha em Kelvin):
Passo 4
Calcular a “condutância” de radiação
usando
onde
.
Então
Então
Passo 5
Somar os coeficientes de transferência (convecção + radiação):
Passo 6
Calcular a taxa de calor usando
Substituindo:
Resposta
A taxa de calor perdida pela parede é de aproximadamente