- Exercício 4.3. A parede de um edifício tem
de espessura e foi construída com um material de
. Em dia de inverno as seguintes temperaturas foram medidas : temperatura do ar interior
; temperatura do ar exterior
; temperatura da face interna da parede
; temperatura da face externa da parede
. Calcular os coeficientes de película interno e externo à parede.
O fluxo de calor pode ser obtido considerando a condução através da parede:
O fluxo de calor pode ser obtido considerando a condução através da parede:
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede.
-
Dados (pegos do enunciado):
- Espessura da parede:
. - Condutividade térmica do material:
. - Temperatura do ar interior:
. - Temperatura da face interna da parede:
. - Temperatura da face externa da parede:
. - Temperatura do ar exterior:
.
- Espessura da parede:
-
O enunciado pede:
- Calcular os coeficientes de película (coeficientes de troca convectiva) interno e externo à parede, ou seja:
-
(coeficiente convectivo interno). -
(coeficiente convectivo externo).
-
- Calcular os coeficientes de película (coeficientes de troca convectiva) interno e externo à parede, ou seja:
Passo 2
Entendendo as relações físicas que vamos usar (aula rápida e prática).
- Em regime estacionário unidimensional, o fluxo de calor por condução através da parede (por unidade de área) é dado por:
onde
-
é o fluxo de calor por unidade de área (unidade: ), -
é a condutividade térmica ( ), -
e são as temperaturas das faces da parede ( ), -
é a espessura da parede ( ). -
Na convecção na superfície, o fluxo por unidade de área relaciona a temperatura do ar e a da superfície:
onde
-
é o coeficiente convectivo ( ), -
é a temperatura do ar (interior ou exterior), -
é a temperatura da face correspondente. -
Como o fluxo
é o mesmo em toda a sequência (ar interior → película interna → parede → película externa → ar exterior), podemos: - Calcular
usando a condução dentro da parede (porque nos foram dadas as temperaturas das faces). - Obter
por . - Obter
por .
- Calcular
Passo 3
Calcular o fluxo de calor por condução através da parede usando as temperaturas das faces.
- Diferença de temperatura entre as faces:
- Fluxo por unidade de área:
- Fazer a conta:
Arredondando para precisão adequada (duas casas decimais na etapa final será feito mais adiante), mantemos:
Passo 4
Calcular o coeficiente de película interno
.
- Diferença de temperatura relevante (ar interior → face interna):
- Usando
, obtemos:
- Fazer a divisão:
- Arredondando de forma prática para a prova (duas casas decimais):
Passo 5
Calcular o coeficiente de película externo
.
- Diferença de temperatura relevante (face externa → ar exterior):
- Usando
, obtemos:
- Fazer a divisão:
- Arredondando para duas casas decimais:
Passo 6
Checagem rápida (opcional, mas útil para a prova): verificar que as resistências somadas dão o mesmo fluxo.
- Resistência total por unidade de área:
- Usando os valores obtidos:
- Fluxo calculado por
:
que coincide com o
calculado antes — sinal de que os valores fazem sentido numericamente.
Passo 7
Interpretação breve e incentivo (do jeitinho amigo):
- Os valores obtidos são razoáveis: coeficiente convectivo interno típico em ambientes interiores com ar parado/ventilação moderada varia entre
e ; externo, sob condições de vento leve a moderado, costuma ser maior (por exemplo a ). Aqui e estão nessa faixa. Boa! Você já tem os valores e o passo a passo para justificar na prova — respira, está indo bem 😉