A parede de uma caldeira é composta de três camadas: 10 cm de tijolo refratário (
), seguida de 23 cm de tijolo isolante de caulim (
) e finalmente 5 cm de tijolo de alvenaria
. A temperatura da superficie interna da parede é de 1370 K e da superfície externa é de 360 K. Quais as temperaturas nas superficies de contato?
Passo 1
O enunciado descreve uma situação de condução de calor unidimensional em estado estacionário por três camadas planas em série:
– Camada : tijolo refratário de espessura
,m e condutividade térmica
,W/mK.
– Camada : tijolo isolante de caulim de espessura
,m e condutividade térmica
,W/mK.
– Camada : tijolo de alvenaria de espessura
,m e condutividade térmica
,W/mK.
As temperaturas na superfície interna e externa são dadas por ,K e
,K, respectivamente.
Precisamos encontrar as temperaturas de contato entre as camadas, usando o modelo de resistências térmicas em série e lembrando que o fluxo de calor é o mesmo em todas as camadas.
– Camada
– Camada
– Camada
As temperaturas na superfície interna e externa são dadas por
Precisamos encontrar as temperaturas de contato entre as camadas, usando o modelo de resistências térmicas em série e lembrando que o fluxo de calor
Passo 2
Vamos calcular as resistências térmicas de cada camada por unidade de área
,
:
Assim,
A resistência total é
Passo 3
O fluxo de calor steady–state por unidade de área é dado por
Passo 4
A queda de temperatura na primeira camada é
Logo, a temperatura na superfície de contato entre camada
e
é
Passo 5
De modo análogo, a queda de temperatura na segunda camada vale
de onde
Resposta
Temperatura na interface tijolo refratário/isolante:
,K
Temperatura na interface isolante/alvenaria: ,K
Temperatura na interface isolante/alvenaria: