Este documento descreve a transferência de calor através de uma parede plana, definindo a lei de Fourier para este caso. Apresenta uma equação para calcular a taxa de transferência de calor através de uma parede com espessura constante entre duas temperaturas fixas, e discute como variáveis como condutividade, área e espessura afetam a transferência de calor. Fornece um exemplo numérico para calcular a potência necessária para condicionar o ar de uma sala.

1. Condução Parede Plana
terça-feira, 22 de fevereiro de 2011
21:20
A transferência de calor através de uma parede plana possui grande aplicação aos problemas de engenharia, como por
exemplo, retenção de calor em fornos, ou sistemas de resfriamento.
Para determinação desse tipo de mecanismo de troca térmica será analisado um caso que será generalizado para o
todo. Será estudada a parede de um forno submetida à duas temperaturas distintas em suas extremidades. Para a
construção desse forno considerar uma espessura "L", material com condutividade "K", e temperaturas T 1 e T2 (ambas
constantes), assim como a Área A de secção transversal ao fluxo térmico.
A
K
q
T1
T2
L
Pode-se aplicar a Lei de Fourier para o caso particular:
Através da separação das variáveis
qdV = -kAdT
Na face interna do forno a temperatura é T1 e é considerado o "zero" para efeito de comprimento, na
extremidade de fora da parede temos T2 e comprimento L.
Algumas hipóteses devem ser adotadas para esse tipo de configuração.
- Regime Permanente (estacionário): a temperatura em cada ponto é independente do tempo
- Área de secção transversal: deve ser constante por todo o meio de troca térmica.
- Condutividade (k): será considerada constante ao longo do material e com as variações de
temperatura existentes.
Desta forma, temos:
Sendo (T1 - T2) a diferença de temperatura entre as fases, podemos definir que:
q= -
Para um melhor entendimento da equação e do propósito da mesma será analisado um quadro com as
variações que influenciam na transferência de calor.
O objetivo é a redução da perda térmica:
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2. Objetivo Variável Ação
Reduzir ↓k Trocar a parede
Q ↓A Reduzir área de contato
↑L Aumentar a espessura
↓ Reduzir a temperatura
Interna do forno
Nota: Trocar a parede ou reduzir a temperatura interna podem ser ações de difícil implantação, porém,
a colocação de isolamento térmico sobre a parede cumpre ao mesmo tempo as ações de redução da
condutividade térmica e aumento de espessura da parede.
Exercício
Um equipamento condicionador de ar deve manter uma sala de 15m de comprimento, 6m de largura e
3m de altura a 28°C, as paredes da sala, de 25cm de espessura, são feitas de tijolos com condutividade
térmica de 0,14 kcal/hm°C e a área das janelas é considerada desprezível. A face externa das paredes
pode chegar a 40°C em um dia de verão.
Desprezando a troca térmica entre o teto e o piso, pede-se o calor extraído pelo equipamento em HP.
Dado 1 HP = 641,2 kcal/h.
A = 15m x 6m x 3m = 270m³
L = 0,25m
K = 0,14 kcal/hm°C
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