Questões de Engenharia Mecânica - Transferência de Calor (Condução, Convecção e Radiação) para Concurso

A Lei de Fourier é a expressão que define uma importante propriedade dos materiais, a condutividade térmica. Em geral, a condutividade térmica de um sólido é maior do que a de um líquido, que, por sua vez, é maior que a de um gás. Isso se deve por quê:

Muitos problemas de transferência de calor são resolvidos utilizando-se uma analogia entre os conceitos de resistência térmica (R) e de resistência elétrica (R_e), conforme ilustrado na Figura abaixo. 

                                                                 

Considere a condução unidimensional de calor, em regime permanente, através de uma parede plana de espessura L, área A e condutividade térmica k.

Nessas condições, a resistência térmica da parede contra a condução de calor, ou simplesmente a resistência de condução da parede (R), é dada por

A taxa de transferência de calor por convecção é proporcional à diferença de temperatura e é expressa pela lei de Newton do resfriamento, onde h é o coeficiente de transferência de calor por convecção. Considere três valores típicos de h para as seguintes situações:

h_₁ → convecção natural de gases;

h_₂ → convecção forçada de gases;

h_₃ → condensação de gases.

Nessas condições, tem-se que:

A taxa máxima de radiação que pode ser emitida a partir de uma superfície a uma temperatura termodinâmica T é dada pela lei de

Um tubo de parede grossa de aço inoxidável, com 10 cm de diâmetro interno e com espessura de 5 cm, é revestido com uma camada de material isolante com espessura igual a 2 cm. Se a temperatura da parede interna do tubo é mantida a 400ºC e a superfície externa do isolamento a 200°C, a perda de calor por metro de comprimento do tubo, considerando que o coeficiente de condução térmica do aço é igual a 20W/m°C e o do material isolante é igual a 0,1W/m°C, vale, aproximadamente, Dados de apoio: ln(2) ≈ 0.7; ln(3) ≈ 1.1; ln(4) ≈ 1.4; ln(10) ≈ 2.3; π ≈ 3