A parede de um forno utilizado na indústria de alimentos foi construída de três materiais distintos, como segue: uma camada de tijolo refratário (
); outra camada de tijolo isolante (
); e a última camada de tijolo comum (
). A face externa do tijolo refratário está a
, enquanto a face externa do tijolo comum está a
. Determine a taxa de calor que atravessa a parede composta, sabendo que as espessuras das camadas são 0,6 para tijolo refratário, 0,9 para tijolo isolante e 0,3 para tijolo comum. A parede tem 3 m de altura e 1,5 de largura (profundidade). Desenhe o esquema do forno e represente o processo pelas resistências. (R:59,05 W)
Passo 1
O enunciado diz que temos uma parede de forno feita de 3 camadas em série:
- Tijolo refratário (K=1,38 W/m·°C), espessura 0,6 m
- Tijolo isolante (K=0,17 W/m·°C), espessura 0,9 m
- Tijolo comum (K=1,73 W/m·°C), espessura 0,3 m
A face quente está a 115 °C e a fria a 38 °C. A altura é 3 m e a largura (profundidade) é 1,5 m.
Conteúdo: condução de calor em regime permanente por paredes planas em série.
Vamos precisar de:
- calcular a área da parede;
- modelar cada camada como uma resistência térmica
; - somar as resistências e aplicar
.
Passo 2
Desenho esquemático (em série):
115 °C ─[R₁]─[R₂]─[R₃]─ 38 °C
onde
= resistência da camada refratária
= resistência do tijolo isolante
= resistência do tijolo comum
115 °C ─[R₁]─[R₂]─[R₃]─ 38 °C
onde
Primeiro, a área da parede é
Passo 3
Calcular cada resistência usando
Para
(refratário):
Para
(isolante):
Para
(comum):
Passo 4
Somando as resistências (série):
A diferença de temperatura total é
Passo 5
Aplicando a lei de Fourier em regime permanente:
Resposta
A taxa de calor que atravessa a parede composta é aproximadamente