Atps Fenomeno De Transporte

ATPS – TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Questionário

1- Sob quais condições pode ser dito que o fluxo térmico é uma constante, independente da direção do escoamento do calor? Para cada uma destas condições, use argumentos físicos para se convencer de que o fluxo térmico não seria independente da direção se a condição não fosse satisfeita.

Resposta: Na condução unidimensional em regime estacionário em parede plana sem geração de calor, o fluxo térmico é uma constante, independente de x.

Partindo da equação de difusão do calor em coordenadas cartesianas, e levando em conta as condições de contorno.

Para obter uma solução geral integra-se duas vezes:

Fazendo x=0 e x=L, encontra-se

Então, provando que a temperatura varia linearmente na direção x nas condições adotadas.

Para a taxa de transferência usa-se a lei de Fourier:

Onde A é a área da parede, normal à direção da transferência de calor. Para este caso, independe de x. Assim, o fluxo passa a ser:

Indicando que e não dependem de x.

2- Para a condução unidimensional, em regime estacionário, em uma casca cilíndrica ou esférica, sem geração de calor, o fluxo de calor radial é independente do raio? A taxa de transferência de calor radial é independente do raio?

Resposta: De acordo com Incropera, Dewitt, Bergman e Lavine (2011), Como a equação dita que a grandeza é independente de r, da equação conclui-se que a taxa de transferência de calor (não o fluxo térmico ) é uma constante na direção radial.

Ainda segundo os autores no caso da esfera a taxa detransferência de calor é uma constante, independente de r.

Portanto, conclui-se que a taxa de calor não é independente de r, já a taxa de transferência de calor independe de r.

3- Para a condução unidimensional, em regime estacionário, sem geração de calor, qual é a forma da distribuição de temperaturas em uma parede plana? E em uma casca cilíndrica? E em uma casca esférica?

Resposta: A distribuição de temperatura correspondente à parede plana é:

A distribuição de temperatura em sistemas radiais, tanto para superfície cilíndrica quanto superfície esférica.

4- O que é resistência térmica? Como ela é definida? Quais são suas unidades?

Resposta: A resistência térmica (R) de um material corresponde à dificuldade de transmissão de calor e é definida dividindo a espessura (E) pela condutibilidade térmica (λ) do material:

Fazendo análise dimensional de equação acima, verifica-se que a unidade da resistência térmica é m2.K/W.

5- Para a condução através de uma parede plana, você pode escrever de cabeça a expressão da resistência térmica?

Resposta: A resistência térmica para condução em uma parede plana pode ser expressada da seguinte forma:

6- Qual é a base física para a existência de um raio critico de isolante? Como a condutividade térmica e coeficiente convectivo afetam o seu valor?

Resposta: Para valores de menores que a taxa de transferência de calor aumenta com o aumento da espessura de isolamento; para valores de maiores que a taxa de transferência de calor diminui com oaumento da espessura