Resolução do exercício:

A figura ilustra esquematicamente um detalhe do sistema de aquecimento do

reservatório de água de uma cafeteira elétrica. Um aquecedor elétrico dissipa

(constantemente) uma quantidade equivalente a 80.000 J de energia em 100 segundos

de operação nas condições descritas a seguir. Tágua = 100 °C, Tar ambiente = 25 °C,

espessura da chapa de aço é de 2 mm e a do isolante 4 mm. Admita:

a) regime permanente;

b) condução de calor unidimensional (apenas na direção x);

c) aquecedor com temperatura homogênea em todo seu volume;

d) que os efeitos da radiação térmica possam ser desprezados;

e) que a troca de calor através dos pés do equipamento possa ser desprezada e que as

resistências de contato são pequenas.

Dados: Condutividade térmica do aço = 40 W/m.K.

Condutividade térmica do isolante = 0,06 W/m.K.

Coeficiente de troca de calor por convecção entre o aço e a água = 3000 W/m2.K.

Coeficiente de troca de calor por convecção entre o isolante e o ar = 10 W/m2.K.

Área de contato entre a água e o aço = 180 cm2.

Área de contato entre o isolante e o ar = 180 cm2.

Desenhe o circuito térmico equivalente e determine a temperatura do elemento de

aquecimento (R.: 116,83 °C)