a. O fluxo de calor através da parede.
b. Para reduzir a troca térmica, foi aplicada uma camada de
de isolante térmico
no lado frio da parede. No estado estacionário, as temperaturas medidas foram
no lado quente da parede e
na superfície do isolante em contato com o ar frio. Calcule o coeficiente global de transferência de calor, o novo fluxo de calor e a temperatura na interface entre o concreto e o isolante térmico.
Resp.: a.
; b.
b. Para reduzir a troca térmica, foi aplicada uma camada de
Resp.: a.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre transferência de calor através de uma parede. A gente vai precisar entender como o calor passa por materiais e como usar fórmulas de condução de calor. No item a, a gente vai calcular o fluxo de calor sem o isolamento, e no item b vamos ver como o isolante muda isso.
Passo 2
Item a: Calcular o fluxo de calor através da parede.
Primeiro, precisamos usar a lei de condução de calor de Fourier, que diz que o fluxo de calor
é dado por:
Onde:
-
é a condutividade térmica do material, -
é a diferença de temperatura, -
é a espessura da parede.
Vamos supor que a condutividade térmica do concreto seja
, a temperatura no lado quente é
e no lado frio é
, e a espessura da parede seja
.
Calculando a diferença de temperatura:
Agora, aplicando na fórmula:
Passo 3
Item b: Reduzir a troca térmica com um isolante térmico.
Foi adicionada uma camada de isolante com espessura
e condutividade térmica
.
Agora, temos duas camadas em série: o concreto e o isolante. Para sistemas em série, a resistência térmica total
é a soma das resistências de cada camada:
Calculando cada resistência:
Passo 4
Calcular o coeficiente global de transferência de calor
.
O coeficiente global
é o inverso da resistência térmica total:
Passo 5
Calcular o novo fluxo de calor
.
Usando a mesma diferença de temperatura
e o coeficiente global
:
Passo 6
Calcular a temperatura na interface entre o concreto e o isolante térmico.
Vamos chamar essa temperatura de
. Sabemos que a temperatura no lado quente do concreto é
e no isolante é
.
A resistência térmica do concreto
.
Usando a relação:
Então, a temperatura na interface é:
Arredondando, temos
.
Resposta
a.
;
b. ,
,
b.