Questão 3: Condução Térmica em Parede Plana
Uma parede de concreto tem 15 cm de espessura, área de
e condutividade térmica de
. As temperaturas em suas superfícies são
(interna) e
(externa).
Calcule a taxa de condução de calor através da parede.
Calcule a taxa de condução de calor através da parede.
Passo 1
O enunciado pede para calcular a taxa de condução de calor através de uma parede plana.
Dados fornecidos:
Espessura da parede:
(dado)
Área da parede:
(dado)
Condutividade térmica do concreto:
(dado)
Temperatura na face interna:
(dado)
Temperatura na face externa:
(dado)
Dados fornecidos:
O que se pede: calcular a taxa de condução de calor (potência térmica) através da parede, normalmente indicada por
, em unidade de
.
Passo 2
Fórmula que usaremos (Lei de Fourier para condução unidimensional em estado estacionário numa parede plana):
Expliquei a fórmula:
-
é a taxa de calor (potência térmica), em . -
é a condutividade térmica do material, em . -
é a área através da qual o calor flui, em . -
é a diferença de temperatura entre as faces (temperatura favo menos temperatura fria), em ou (diferenças são numericamente iguais). -
é a espessura da parede, em .
Observação sobre o sinal: o sinal negativo indica que o calor flui do lado quente para o frio. Para encontrar a magnitude do fluxo (valor positivo) usamostomando se quisermos o módulo.
Passo 3
Converter unidades quando necessário: a espessura está em centímetros; convertemos para metros para ficar consistente com
.
Passo 4
Calcular a diferença de temperatura:
Observação: uma diferença de
é a mesma coisa que
para o propósito desta fórmula.
Passo 5
Substituir os valores na fórmula (usando o módulo, isto é, valor positivo do fluxo):
Faço as contas passo a passo:
Passo 6
Interpretação física e sinal: o valor acima é o módulo da taxa de calor. O calor flui da face interna (mais quente,
) para a face externa (mais fria,
). Se quiséssemos indicar o sentido com o sinal da fórmula original, escreveríamos
com o sinal negativo indicando fluxo na direção de queda de temperatura.