Transferência de Calor: Condução Unidimensional e Exemplos Práticos

Prof Pedro Augusto Fernandes Pereira TRANSFERÊNCIA DE CALOR EQUAÇÃO DA DIFUSIVIDADE TÉRMICA COORDENADA CARTESIANA COORDENADA CILÍNDRICA COORDENADAS ESFÉRICAS Condições de contorno Prof Pedro Augusto Fernandes Pereira TRANSFERÊNCIA DE CALOR CONDUÇÃO UNIDIMENSIONAL EM REGIME ESTACIONÁRIO ANALOGIA ELÉTRICA E RESISTÊNCIA TÉRMICA Para radiação também podemos fazer qrhrATsT𝑠𝑢𝑟 Onde Associação de paredes em série Associação de paredes em paralelo RESISTÊNCIA DE CONTATO CONDUÇÃO DE CALOR ATRAVÉS DE UM CILINDRO EXEMPLO 1 Res 692 W e T1 142ºC Considere agora uma janela de painel duplo com 08 m de altura e 15 m de largura composta por duas Camadas de vidro com 4 mm de espessura k 078 WmC separadas por uma largura de 10 mm de ar estagnado k 0026 WmC Determinar a taxa constante de calor transferido através desta janela de painel duplo e a temperatura de sua superfície interna durante um dia durante o qual a sala é mantida a 20C enquanto a temperatura ao ar livre é de 10C Os coeficientes de transferência de calor por convecção das superfícies interna e externa da janela devem ser h1 10 Wm2C e h2 40 Wm2C que inclui os efeitos da radiação EXEMPLO 2 Res 438 Wm por seção e 263 W total Uma parede de 3m de altura e 5m de largura consiste em tijolos horizontais k 072 W mC com seção transversal de 16 cm x 22 cm separados por camadas de gesso de 3 cm de espessura k 022WmC Existem também camadas de gesso com 2 cm de espessura em cada lado o tijolo e uma espuma rígida de 3 cm de espessura k 0026 WmC no lado interno da parede como mostrado na figura As temperaturas interna e externa são 20 C e 10 C e os coeficientes de transferência de calor por convecção no interior e nos lados externos são h1 10 Wm2C e h2 25 Wm2C respectivamente Assumindo a transferência de calor unidimensional e desconsiderando a radiação determine a taxa de transferência de calor através da parede EXEMPLO 3 Humanos são capazes de controlar suas taxas de produção de calor e de perda de calor para manter aproximadamente constante a sua temperatura corporal de Tc 37C sob uma ampla faixa de condições ambientais Este processo é chamado de termorregulação Com a perspectiva de calcular a transferência de calor entre um corpo humano e sua vizinhança focamos em uma camada de pele e gordura com sua superfície externa exposta ao ambiente e sua superfície interna a uma temperatura um pouco abaixo da temperatura corporal Ti 35C 308 K e a vizinhança ar ou água que se encontra a 10C Para reduzir a taxa de perda de calor a pessoa veste roupas especiais esportivas casacos para neve e impermeáveis feitas com um isolante de aerogel de sílica nanoestruturado com uma condutividade térmica extremamente baixa igual a 0014 W m K A emissividade da superfície externa dos casacos para neve e impermeáveis é de 095 Qual espessura do isolante de aerogel é necessária para reduzir a taxa de perda de calor para 100 W uma taxa de geração de calor metabólica típica no ar e na água Quais são as temperaturas resultantes da pele Considere uma pessoa com uma camada de pelegordura com espessura L 3 mm e com condutividade térmica efetiva k 03 Wm K A pessoa tem uma área superficial de 18 m2 e hr 59 Wm2 K R ar 44 mm Água 61 mm e Tp 344ºC