Gabarito disponível
Em uma prática de laboratório, a superfície externa de uma parede é integralmente recoberta com um material isolante térmico. Por sua vez, a superfície interna encontra-se exposta a uma chama.
Dados:
• condutividade térmica da parede: 3 W/(m.°C);
• condutividade térmica do material isolante: 0,02 W/(m.°C);
• espessura da parede: 15 cm;
• espessura do material isolante: 4 mm;
• temperatura na superfície livre do isolante: 45 °C;
• temperatura na superfície da parede em contato com a chama: 295 °C;
• calor latente de fusão do gelo: 336 J/g;
• dimensões da parede e da camada isolante: 2 m × 0,84 m.
A massa de gelo máxima, em kg, que a energia incidente na parede é capaz de fundir em uma hora de experimento é:
Dados:
• condutividade térmica da parede: 3 W/(m.°C);
• condutividade térmica do material isolante: 0,02 W/(m.°C);
• espessura da parede: 15 cm;
• espessura do material isolante: 4 mm;
• temperatura na superfície livre do isolante: 45 °C;
• temperatura na superfície da parede em contato com a chama: 295 °C;
• calor latente de fusão do gelo: 336 J/g;
• dimensões da parede e da camada isolante: 2 m × 0,84 m.
A massa de gelo máxima, em kg, que a energia incidente na parede é capaz de fundir em uma hora de experimento é:
Resolução comentada
O fluxo de calor é 1000 W/m², o que dá 1680 W na parede e 18 kg de gelo fundidos em 1 h.
As resistências por área em série são 0,15/3 = 0,05 e 0,004/0,02 = 0,2, somando 0,25 m²·°C/W. Com ΔT = 295 − 45 = 250 °C, o fluxo é 250/0,25 = 1000 W/m². Para a área de 2 × 0,84 = 1,68 m², a potência é 1680 W. Em 3600 s a energia é 6,048×10⁶ J, que funde 6,048×10⁶/336 = 18000 g = 18 kg.
Análise das alternativas
A) 1,5 e B) 1,8 resultam de erro de potência de dez. C) 15 e E) 20 resultam de arredondamentos ou omissão de uma resistência. D) 18 kg é o valor calculado.
Referência: Condução térmica em paredes compostas (Lei de Fourier) e calor latente.
Resolução comentada do VaiConcursos.