(2,0 pontos) Em um dia fric um aquecedor é utilizado para esquentar o ar de uma sala fechada. As paredes da sala com o ambiente externo tem uma área de
, espessura de 10 cm e condutividade térmica efetiva
. A sala também tem janelas e portas de vidro com área total
, espessura de
e condutividade térmica efetiva
. Considerando que a temperatura interna e
, a temperatura externa é
, e desconsiderando outras formas de transferência de calor, determine
(a) a taxa de perda de calor da sala para o ambiente externo pela parede e
(b) a taxa de perda de calor da sala para o ambiente externo pelas janelas.
(c) Explique qualitativamente por que colocar dentro da parede uma camada de espuma de poliuretano, condutividade térmica
, melhora o isolamento da sala.
(d) Explique qualitativamente por que trocar as janelas de vidro por janelas duplas de vidro com uma camada de vácuo entre os vidros melhora o isolamento da sala?
Informações:
cobre
latão
Comprimento
Angulo
(a) a taxa de perda de calor da sala para o ambiente externo pela parede e
(b) a taxa de perda de calor da sala para o ambiente externo pelas janelas.
(c) Explique qualitativamente por que colocar dentro da parede uma camada de espuma de poliuretano, condutividade térmica
(d) Explique qualitativamente por que trocar as janelas de vidro por janelas duplas de vidro com uma camada de vácuo entre os vidros melhora o isolamento da sala?
Informações: | cobre | latão |
Comprimento |
|
|
Angulo |
|
|
Passo 1
O enunciado trata da condução de calor estacionária através de paredes e janelas de uma sala, usando a lei de Fourier na forma
onde
é a taxa de calor (potência térmica),
a condutividade térmica,
a área,
a espessura e
a diferença de temperatura. Os dados são:
– Paredes:
,
,
.
– Janelas: ,
,
.
– Temperaturas: interior , exterior
.
– Janelas:
– Temperaturas: interior
Vamos calcular (a) para as paredes, (b) para as janelas, e depois discutir qualitativamente (c) e (d).
Passo 2
Para as paredes, a diferença de temperatura é
Aplicando
Passo 3
Para as janelas, usa-se a mesma
K e
Passo 4
Uma camada de espuma de poliuretano (com
) adiciona resistência térmica em série. A resistência térmica de cada camada é
e o fluxo decai com o aumento de
. Como a espuma tem condutividade muito menor, ela aumenta fortemente
e, portanto, reduz a perda de calor.
Passo 5
Janelas duplas com vácuo exploram o fato de que o vácuo não conduz calor (nem permite convecção). Entre dois vidros, a camada de vácuo apresenta resistência térmica muito alta, bloqueando condução e convecção, de modo que o fluxo de calor pelas janelas cai significativamente.
Resposta
(a)
(b)
(c) A espuma de poliuretano, por ter muito baixo, aumenta a resistência térmica em série e diminui o fluxo de calor.
(d) O vácuo entre vidros não conduz calor nem permite convecção, aumentando a resistência térmica e melhorando o isolamento.
(b)
(c) A espuma de poliuretano, por ter
(d) O vácuo entre vidros não conduz calor nem permite convecção, aumentando a resistência térmica e melhorando o isolamento.