Condução de Calor - Exercícios
Exercício 1 - Paredes compostas- Uma janela isolante de painel duplo consiste em dois pedaços de vidro, com 1 cm de espessura, separados por uma camada de ar de
de espessura. A janela mede 4 m de largura por 3 m de altura. Sob condições onde a temperatura externa do vidro
e o ar, a
, está adjacente à superficie interna do vidro, com hi
, determine:
a. a taxa de transferência de calor através da janela
Obs. O espaço de ar entre os painéis pode ser tratado como uma camada puramente condutiva, com
W/m • K. A radiação térmica pode ser desprezada
Exercício 1 - Paredes compostas- Uma janela isolante de painel duplo consiste em dois pedaços de vidro, com 1 cm de espessura, separados por uma camada de ar de
a. a taxa de transferência de calor através da janela
Obs. O espaço de ar entre os painéis pode ser tratado como uma camada puramente condutiva, com
W/m • K. A radiação térmica pode ser desprezada
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a gente tem aqui! O exercício fala sobre Condução de Calor e trata de uma janela isolante de painel duplo. A janela é composta por dois vidros, cada um com 1 cm de espessura, separados por uma camada de ar de 1,8 cm. Ela mede 4 metros de largura por 3 metros de altura. As temperaturas são:
- Do lado de fora do vidro:
- Do lado de dentro, na superfície interna do vidro adjacente ao ar:
Temos também o coeficiente de transferência de calor por convecção interna (
) igual a
e a condutividade térmica do ar (
). A gente precisa descobrir a taxa de transferência de calor através da janela.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a área total da janela. Como ela é retangular, a área (
) é dada por largura vezes altura:
Passo 3
Agora, vamos entender as resistências térmicas envolvidas na transferência de calor através da janela. Temos três camadas pelas quais o calor precisa passar:
- Convecção no lado interno do vidro: essa resistência depende do coeficiente de convecção interna (
). - Condução através da camada de ar: dependente da condutividade térmica do ar (
) e da espessura da camada. - Condução através do vidro: mas como não foi fornecido o coeficiente de condutividade do vidro, vamos considerar que o principal caminho de resistência é o ar.
Vamos simplificar e considerar apenas a resistência da convecção interna e a condução através do ar.
Passo 4
A resistência térmica por convecção interna (
) é dada por:
Substituindo os valores:
Passo 5
A resistência térmica por condução (
) através da camada de ar é dada por:
Onde:
-
é a espessura da camada de ar: -
é a condutividade térmica do ar:
Substituindo os valores:
Passo 6
A resistência total (
) é a soma das resistências individuais:
Passo 7
Agora, vamos calcular a diferença de temperatura (
) entre o interior e o exterior da janela:
Passo 8
Finalmente, a taxa de transferência de calor (
) é dada por:
Resposta
A taxa de transferência de calor através da janela é aproximadamente 576 W.