Um forno, construído com tijolos e concreto, quando em funcionamento, tem sua temperatura praticamente uniforme e igual a 270 °C. As paredes desse forno são compostas de uma camada tripla, feita de dois materiais, conforme ilustra a figura abaixo, que representa uma seção transversal do forno.
Dados:
– Condutibilidade térmica do tijolo Ktijolo = 1,5. 10-3 cal/s.cm.°C
– Condutibilidade térmica do concreto Kconcreto= 2,0. 10-3 cal/s.cm. °C
Sabendo-se que a área de cada parede é de 1,5 m2 e que a temperatura da região externa é 20 °C, a quantidade de calor, em kcal, que atravessa uma das paredes do forno a cada 1,0 s, supondo-se em regime estacionário, é
- A) 0,027
- B) 0,225
- C) 23 x 10
- D) 27 x 10
- E) 45 x 102
Resposta:
Para resolver essa questão, é necessário aplicar o conceito de condutibilidade térmica em regime estacionário. Primeiramente, vamos analisar a estrutura da parede do forno, que é composta por três camadas: uma camada de tijolo, uma camada de concreto e outra camada de tijolo.
Podemos considerar que a temperatura na interface entre as camadas é a mesma, pois a temperatura do forno é uniforme e igual a 270°C. Além disso, sabemos que a temperatura da região externa é de 20°C.
Vamos calcular a quantidade de calor que atravessa uma das paredes do forno em 1 segundo. Para isso, vamos utilizar a fórmula da condutibilidade térmica:
No caso da camada de tijolo, temos:
E, no caso da camada de concreto, temos:
Como a temperatura é a mesma em toda a parede, podemos considerar que o gradiente de temperatura é o mesmo em ambas as camadas. Além disso, sabemos que a área da parede é de 1,5 m².
Substituindo os valores dados na fórmula, temos:
Portanto, a quantidade de calor que atravessa uma das paredes do forno em 1 segundo é de 0,225 kcal/s.
A alternativa correta é a letra B) 0,225 kcal/s.
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