5.Um forno é construído com uma parede de tijolos refratários (k = 1,04 W/m.K) de 9” de espessura. Em seguida é revestido com tijolos comuns de 6” ...

(a) Para calcular a perda térmica por m², é necessário calcular a resistência térmica total da parede e, em seguida, calcular o fluxo de calor através dela. A resistência térmica total é a soma das resistências térmicas de cada camada da parede. A resistência térmica da parede de tijolos refratários é dada por: R1 = espessura / condutividade térmica = 9" / (1,04 W/m.K) = 0,216 m².K/W A resistência térmica da camada de tijolos comuns é dada por: R2 = espessura / condutividade térmica = 6" / (0,69 W/m.K) = 0,131 m².K/W A resistência térmica do isolante de lã de vidro é dada por: R3 = espessura / condutividade térmica = 2" / (0,07 W/m.K) = 0,057 m².K/W A resistência térmica da chapa de aço é dada por: R4 = espessura / condutividade térmica = 1/8" / (45 W/m.K) = 0,0007 m².K/W A resistência térmica total é dada por: Rt = R1 + R2 + R3 + R4 = 0,4057 m².K/W O fluxo de calor através da parede é dado por: q = (temperatura interna - temperatura externa) / Rt = (1093 - 32) / 0,4057 = 2675,5 W/m² Portanto, a perda térmica por m² é de 2675,5 W/m². (b) Para calcular as temperaturas nas superfícies interna e externa do forno, é necessário usar as equações de transferência de calor por convecção e radiação. A temperatura na superfície interna é dada por: q = h1 x (temperatura interna - temperatura da superfície interna) + σ x ε x (temperatura interna^4 - temperatura da superfície interna^4) Onde h1 é o coeficiente de transferência de calor por convecção interno e ε é a emissividade da superfície interna (assumida como 1 para tijolos refratários). Substituindo os valores, temos: 2675,5 = 28,39 x (1093 - temperatura da superfície interna) + 5,67 x 10^-8 x (1093^4 - temperatura da superfície interna^4) Resolvendo a equação, encontramos que a temperatura da superfície interna é de aproximadamente 1022°C. A temperatura na superfície externa é dada por: q = h2 x (temperatura da superfície externa - temperatura externa) + σ x ε x (temperatura da superfície externa^4 - temperatura externa^4) Onde h2 é o coeficiente de transferência de calor por convecção externo e ε é a emissividade da superfície externa (assumida como 1 para a chapa de aço). Substituindo os valores, temos: 2675,5 = 5,68 x (temperatura da superfície externa - 32) + 5,67 x 10^-8 x (temperatura da superfície externa^4 - 305,2^4) Resolvendo a equação, encontramos que a temperatura da superfície externa é de aproximadamente 31°C.