Um sistema unidimensional sem geração de energia tem uma espessura de 20 mm com superfícies mantidas às temperaturas de 275 e 325 K . Determine o fluxo térmico através do sistema se ele for construído (a) com alumínio puro, (b) aço carbono, © aço inoxidável AISI 316, (d) pirocerâmica, (e) teflon, e (f) concreto.
Passo 1
Beleza, o problema diz que temos uma parede plana de 20 mm (0,02 m) com um lado a 325 K e o outro a 275 K. Não tem geração de calor dentro dela, é só condução estacionária num sistema unidimensional. O conteúdo aqui é a Lei de Fourier para condução de calor. Vamos precisar saber a espessura L, a diferença de temperatura ΔT e a condutividade térmica k de cada material para achar o fluxo de calor por área, que chamamos de
.
Passo 2
A gente usa a forma unidimensional da Lei de Fourier sem geração interna:
Como o perfil de temperatura é linear no regime estacionário e unidimensional,
. Normalmente a gente escreve o módulo do fluxo como
onde
-
, -
, -
, - e
Passo 3
Precisamos dos valores de condutividade térmica
. Vou usar valores típicos à temperatura ambiente:
(a) Alumínio puro:
(b) Aço carbono:
© Aço inox AISI 316:
(d) Pirocerâmica:
(e) Teflon:
(f) Concreto:
(a) Alumínio puro:
(b) Aço carbono:
© Aço inox AISI 316:
(d) Pirocerâmica:
(e) Teflon:
(f) Concreto:
Passo 4
Agora basta aplicar
Vamos calcular cada um:
(a) Alumínio:
(a) Alumínio:
(b) Aço carbono:
© Aço inox 316:
(d) Pirocerâmica:
(e) Teflon:
(f) Concreto:
Resposta
(a)
(b)
©
(d)
(e)
(f)
(b)
©
(d)
(e)
(f)