Uma parede de tijolos (k=0,7 W / m^circ C) de 10 cm de espessura e 6 m^2 de área separa uma estufa de um ambiente externo. Dentro da estufa a temperatura é de 57^circ C e o ar está praticamente em repouso, de modo que o coeficiente convectivo de transferência de calor é igual a 10 W / m^2 ^circ C. Fora da estufa a temperatura é de -3^circ C e o coeficiente convectivo de 40 W / m^2 ^circ C. Determinar:
A taxa e o fluxo de calor trocado;

Passo 1

Beleza, aqui a gente tem uma parede de tijolos isolando uma estufa quente (57 °C) de um lado e o frio de fora (−3 °C) do outro. O que cai no nosso problema é transferência de calor por convecção no interior e no exterior e condução na parede. Então vamos precisar:
• Coeficientes de convecção W/m²·°C (dentro) e W/m²·°C (fora)
• Condutividade térmica do tijolo W/m·°C
• Espessura da parede m e área
• Diferença de temperatura total °C

Passo 2

Primeiro, vamos entender como “juntar” convecção e condução em série. A gente usa o conceito de resistência térmica, bem parecido com circuito elétrico. Cada etapa de troca de calor tem uma resistência:
  1. resistência de convecção interna:
Ri = 1hi,A
  1. resistência de condução na parede:
Rcond = Lk,A
  1. resistência de convecção externa:
Ro = 1ho,A

Passo 3

Vamos calcular cada uma:
  1. °C/W
  2. °C/W
  3. °C/W

Passo 4

Agora somamos pra achar a resistência total em série:
Rtotal = Ri + Rcond + Ro = 0,01667 + 0,02381 + 0,00417 approx 0,04465;°C/W

Passo 5

Com a resistência total e a diferença de temperatura, a taxa de calor é
dot Q = De
E o fluxo de calor por área (densidade de fluxo) é
dot q'' = dot QA = 1,3456 approx 224;W/m^2

Resposta

Taxa de calor trocado W
Fluxo de calor W/m²

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