Considere uma placa plana com espessura de 0,3 m, condutividade térmica k = 2,5 W/mK e área superficial de 12 m². O lado esquerdo da parede x = 0 é submetido a um fluxo líquido de q'' = 950 W/m² enquanto a temperatura nessa superfície é medida como T1 = 85°C. Assumindo a condutividade térmica constante e sem geração de calor na parede, a) expresse a equação diferencial para condução de calor unidimensional e estacionária através da parede. b) obtenha uma relação para a variação de temperatura na parede resolvendo a equação diferencial e avalie a temperatura da superfície direita da parede em x = L.
Questão
Considere uma placa plana com espessura de 0,3 m, condutividade térmica k = 2,5 W/mK e área superficial de 12 m². O lado esquerdo da parede x = 0 é submetido a um fluxo líquido de q'' = 950 W/m² enquanto a temperatura nessa superfície é medida como T1 = 85°C. Assumindo a condutividade térmica constante e sem geração de calor na parede, a) expresse a equação diferencial para condução de calor unidimensional e estacionária através da parede. b) obtenha uma relação para a variação de temperatura na parede resolvendo a equação diferencial e avalie a temperatura da superfície direita da parede em x = L.
Resposta
97%a) Para condução unidimensional, em regime estacionário, com condutividade constante e sem geração volumétrica de calor (), a equação diferencial governante é:
Como é constante:
b) Integrando a EDO:
- Primeira integração:
- Segunda integração:
Agora aplicamos as condições de contorno dadas.
- Na face esquerda (): a temperatura é medida como
- Também na face esquerda (): é imposto um fluxo líquido de calor entrando na parede de
Pela lei de Fourier (tomando positivo no sentido ):
Logo,
Portanto, o perfil de temperatura na parede é:
Com , a temperatura na superfície direita () é:
Resposta:
- Relação de temperatura: (com em m e em °C)
- Temperatura na face direita:
(Observação: a área de 12 m² não é necessária para achar ; ela seria usada para obter a taxa total .)
Explicação
Dados
- Espessura:
- Condutividade:
- Fluxo imposto em :
- Temperatura em :
- Sem geração:
- 1D e estacionário.
a) Equação diferencial governante
Para condução 1D, estacionária, com constante e sem geração:
Como é constante:
b) Solução e temperatura em
Resolvendo:
Aplicando :
Aplicando o fluxo em pela lei de Fourier, com o fluxo positivo no sentido :
Então:
Logo:
Em :
Alternativa correta: (não se aplica).