Um determinado estabelecimento possui um local para armazenamento de frutas frescas, caracterizadas como sensíveis ao calor. Para isso, é necessário manter o ambiente refrigerado, já que a região que o estabelecimento se encontra é muito quente. Diante disso, a sua consultoria foi contratada e você precisa provar que se o interior da parede for composto por um material isolante, o sistema de refrigeração vai ser menos requisitado e, portanto, vai proporcionar economia energética ao estabelecimento.
a) Considere a parede de
de altura e
de largura. A espessura total é de 14 mm , porém, os 10 mm do interior são compostos por um material isolante (isopor), com
, os 4 mm restantes são de alvenaria (
), sendo 2 mm internos e 2 mm externos, de modo que o material isolante fique no meio da parede. Determine a taxa de transferência de calor permanente através da parede. A temperatura interna deve ser mantida a
, a temperatura externa é de
. Considere os coeficientes de transferencia de calor convectivo sobre as superficies interna e externa de
e
, respectivamente.
b) Determine a taxa de transferência de calor considerando que os 14 mm de espessura da parede sejam somente de alvenaria (
) (sem o material isolante).
c) Qual parede proporcionou menor exigência energética do sistema de refrigeração das frutas frescas? Por quê?
a) Considere a parede de
b) Determine a taxa de transferência de calor considerando que os 14 mm de espessura da parede sejam somente de alvenaria (
c) Qual parede proporcionou menor exigência energética do sistema de refrigeração das frutas frescas? Por quê?
Passo 1
O enunciado trata de um problema de transferência de calor permanente através de uma parede composta em série, com resistências por convecção nas faces interna e externa e resistências por condução em três camadas (alvenaria–isopor–alvenaria). Precisamos calcular a taxa de calor
usando o modelo de resistências térmicas em série, onde
e
Passo 2
Calculamos a área da parede: altura
e largura
, logo
Passo 3
Determinação das resistências de convecção nas superfícies interna
e externa
:
Passo 4
Determinação das resistências de condução em cada camada (espessura
, condutividade
):
– Alvenaria interna ,
:
– Alvenaria interna
– Isopor
,
:
– Alvenaria externa
,
:
Passo 5
Somamos as resistências e calculamos
para o caso com isolante:
Passo 6
Repetimos para a parede sem isolante (espessura total
só de alvenaria,
):
Passo 7
Comparando os resultados:
– Com isolante: .
– Sem isolante: .
– Com isolante:
– Sem isolante:
Passo 8
A parede com o material isolante (isopor) apresentou menor taxa de transferência de calor, reduzindo a carga térmica em cerca de 3 vezes. Assim, o sistema de refrigeração trabalha menos e consome menos energia.
Resposta
a)
b)
c) A parede com o isolante proporcionou menor exigência energética, pois a resistência térmica total aumentou, reduzindo o fluxo de calor através dela.
b)
c) A parede com o isolante proporcionou menor exigência energética, pois a resistência térmica total aumentou, reduzindo o fluxo de calor através dela.