Transferência de Calor

Exercícios de transferência de calor

1) A parede de um forno industrial é construída em tijolo refratário com 0,15 m de espessura, cuja condutividade térmica é de 1,7 W/m.K. Medidas efetuadas ao longo da operação em regime estacionário revelam temperaturas de 1400 e 1150 K nas paredes interna e externa, respectivamente e um perfil linear de temperatura em regime permanente. Qual o fluxo e a taxa de calor perdida através de uma parede que mede 0,5 m por 1,2 m? Qual a quantidade de calor perdida em MJ e em kWh num intervalo de tempo igual a 2 h?

Resposta:
'
q x' = 2833 W/m² q x = 1700 W
Q x = 12,24 MJ
Q x = 3,4 kWh

Resolução:
O fluxo de calor pode ser obtido pela Lei de Fourier da seguinte forma:
T −T
1400 − 1150
'
q x' = k ⋅ 1 2 = 1,7 ⋅
= 2833 W/m²
L
0,15
A taxa de calor pode ser obtida por:
'
q x = q x' ⋅ A
T −T
1400 − 1150 q x = k ⋅ A ⋅ 1 2 = 1,7 ⋅ (1,2 ⋅ 0,5 ) ⋅
= 1700 W
L
0,15
O calor é dado por:
Qx = qx ⋅ ∆t
T1 − T2
1400 − 1150
Q x = q x ⋅ ∆t = k ⋅ A ⋅
⋅ ∆t = 1,7 ⋅ (1,2 ⋅ 0,5) ⋅
⋅ 7200 = 12240000 J = 12,24 MJ
L
0,15
O calor em kWh pode ser obtido usando-se ∆t com a unidade horas h ao invés de segundos s.
Qx = qx ⋅ ∆t = 1700 W ⋅ 2 h = 3400 Wh = 3,4 kWh
2) Repita os procedimentos de cálculo do exercício anterior considerando que a parede seja formada por:
a) Aço carbono AISI 1010, com k = 63,9 W/m.K;
b) Cobalto, com k = 99,2 W/m.K;
c) Ferro puro, com k = 80,2 W/m.K;
d) Silício, com k = 148 W/m.K;

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e) Isolamento de lã de rocha, com k = 0,046 W/m.K.
Resposta:
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
''
''
''
''
''
q x = 106500 W/m² q x = 165333 W/m² q x = 133667 W/m² q x = 246667 W/m² q x = 77 W/m² q x = 63900 W

q x = 99200 W

q x = 80200 W

q x = 148000 W

q x = 46 W

Q x = 460,1 MJ

Q x = 714,2 MJ

Q x = 577,4 MJ

Q x = 1066 MJ

Q x = 0,33 MJ

Q x = 127,8 kWh

Q x = 198,4 kWh

Q x = 160,4 kWh

Q x = 296 kWh

Q x = 0,10 kWh

3) Grandes células-combustível, como as utilizadas em