Uma parede plana é exposta a uma temperatura ambiente de
. A parede está coberta com uma camada de isolamento de
de espessura, cuja condutividade térmica é
. A temperatura da parede do lado de dentro do isolamento é
. A parede perde calor para o meio ambiente por convecção. Calcule o coeficiente de transferência de calor por convecção que deve ser mantido na superficie exterior do isolamento para assegurar que a temperatura da superficie externa nào exceda
.
Passo 1
O enunciado envolve transferência de calor unidimensional por condução através de uma camada de isolamento e, em seguida, por convecção para o ar ambiente. Temos:
– Temperatura interna da face do isolamento:
– Espessura do isolamento:
– Condutividade térmica do isolamento:
– Temperatura ambiente:
– Temperatura máxima permitida na face externa do isolamento:
Queremos o coeficiente de convecção tal que a superfície externa não exceda
.
– Temperatura interna da face do isolamento:
– Espessura do isolamento:
– Condutividade térmica do isolamento:
– Temperatura ambiente:
– Temperatura máxima permitida na face externa do isolamento:
Queremos o coeficiente de convecção
Passo 2
Para regime estacionário, o fluxo de calor por unidade de área,
, é o mesmo na condução e na convecção. Adotando área unitária (
), as resistências térmicas são:
Resistência de condução
Resistência de condução
e resistência de convecção
Passo 3
Cálculo do fluxo por condução usando a diferença
:
Passo 4
Cálculo do fluxo por convecção usando a diferença
:
Passo 5
Igualando os dois valores de
: