Uma parede de
de espessura é feita de um material que tem uma condutibilidade térmica de
. O calor transmitido por condução, por unidade de tempo, através dessa parede deve ser reduzido colocando-se sobre um lado uma camada de material isolante com uma condutibilidade térmica média de
. Admitindo que a temperatura das superfícies externa da parede composta é de
, a temperatura do ar externo é de
e o coeficiente convectivo, igaul a
, calcule a espessura do material isolante colocado para garantir o fluxo de calor projetado.
Passo 1
O problema diz que temos uma parede de espessura 0,30 m e condutibilidade térmica
. Queremos colocar, sobre um lado, uma camada de isolamento com
de espessura
, de modo a reduzir o fluxo de calor (por unidade de área) que atravessa a parede. Sabe-se que, na face quente da parede composta, a temperatura é
, e o ar externo está a
com coeficiente de convecção
.
Conteúdo usado aqui: resistência térmica em série (condução + convecção) e lei de Fourier para fluxo constante .
Conteúdo usado aqui: resistência térmica em série (condução + convecção) e lei de Fourier para fluxo constante
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o fluxo inicial sem isolamento (área unitarizada
).
Para condução pura:
Para condução pura:
Passo 3
“Reduzir o fluxo de calor” usualmente significa, por exemplo, cortar pela metade (você pode adaptar se o enunciado tiver outro alvo).
Então nosso fluxo‐alvo é
Então nosso fluxo‐alvo é
Passo 4
Agora montamos a resistência térmica total da parede composta + convecção externa (a área
fica “1” porque trabalhamos por metro quadrado):
- Resistência da parede original:
- Resistência do isolamento:
- Resistência de convecção no lado externo:
Total:
Passo 5
Pela lei de Fourier em regime permanente:
Isolando
:
Resposta
A espessura do isolamento deve ser aproximadamente