- Um pequeno forno com uma área de superfície de
está em um ambiente em que as paredes da vizinhança e o ar externo estão a uma temperatura de
. A superfície externa do forno está a
, e possui uma emissividade de 0,85 . Se o coeficiente médio de transferência de calor por convecção entre o forno e o ar externo for de
, Determine:
(a) a taxa de transferência de calor entre o forno e os arredores em W;
(b) o coeficiente combinado de transferência de calor em W/m²K;
(c) a temperatura na parede interna do forno se a parede de isolamento possui uma espessura L
e condutividade térmica
.
(a) a taxa de transferência de calor entre o forno e os arredores em W;
(b) o coeficiente combinado de transferência de calor em W/m²K;
(c) a temperatura na parede interna do forno se a parede de isolamento possui uma espessura L
Passo 1
O enunciado dá um forno de área externa
com temperatura de superfície externa
(ou
) exposto a um ambiente a
(ou
). Há transferência de calor por convecção (coeficiente
) e por radiação (emissividade
). Precisamos achar:
(a) a taxa de calor total ;
(b) o coeficiente combinado ;
(c) a temperatura interna da parede do forno, considerando isolamento de espessura e condutividade
.
(a) a taxa de calor total
(b) o coeficiente combinado
(c) a temperatura interna da parede do forno, considerando isolamento de espessura
Passo 2
Calcular a taxa de calor por convecção usando
Substituindo:
Passo 3
Calcular a taxa de calor por radiação com a lei de Stefan–Boltzmann:
onde
.
Convertendo temperaturas para Kelvin ( K e
K),
Convertendo temperaturas para Kelvin (
Passo 4
A taxa total de calor é
O coeficiente combinado
pode ser obtido por
Passo 5
Para achar a temperatura interna da parede do forno (
), modelamos o isolamento em regime permanente unidimensional:
Rearranjando,
Resposta
(a)
(b)
(c)
(b)
(c)