Enunciado

Determine o fator U para a seção central do vidro de uma janela de painel duplo com 13   m m de espaço de ar nas condições de projeto de inverno. Os painéis são feitos de vidro claro com emissividade de 0,84 . Considere a temperatura média do espaço de ar nas condições do projeto de 10 ℃ e a diferença de temperatura através do espaço de ar de 15 ℃ .

Passo 1

Dados fornecidos:

Espaço de ar na janela de painel duplo: 13   m m  

Emissividade dos vidros: ε = 0,84

Temperatura média do espaço de ar: T m é d i a = 10 ℃  

Diferença de temperatura através do espaço de ar: ∆ T = 15 ℃

Os valores de  h i  e  h o  para as condições de projeto no inverno são dados no livro como:

Coeficientes de transferência de calor na superfície interna: h i   =   8,29   W / m 2 ⋅ K

Coeficientes de transferência de calor na superfície externa: h o = 34,0   W / m 2 ⋅ K

Premissas:

1) Existem condições operacionais estáveis.

2) A transferência de calor pela janela é unidimensional.

3) A resistência térmica das chapas de vidro é insignificante.

Passo 2

Figura mostrando a janela do painel duplo:

Passo 3

Temos que o fator U para a região central de uma janela de painel duplo pode ser determinado da seguinte maneira:

1 U c e n t r o = 1 h i + 1 h e s p a ç o + 1 h o

Onde,  h i h e s p a ç o  e  h o  são os coeficientes de transferência de calor na superfície interna da janela, no espaço de ar entre as camadas de vidro e na superfície externa da janela respectivamente.

Precisamos encontrar h e s p a ç o , para isso vamos calcular a emissividade efetiva do espaço de ar da janela de painel duplo. Assim temos:

ε e f e t i v a = 1 1 / ε 1 + 1 / ε 2 - 1

Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos, temos:

ε e f e t i v a = 1 1 / 0,84 + 1 / 0,84 - 1

ε e f e t i v a = 0,724

Passo 4

Para emissividade de 0,724 , uma temperatura média do espaço de ar de 10 ℃ com uma diferença de temperatura de 15 ℃ e uma espessura do espaço de ar de 13   m m , temos que pela tabela 9-3 o coeficiente de transferência de calor no espaço de ar entre as camadas de vidro é h e s p a ç o = 5,7   W / m 2 ⋅ K .

Agora, o fator U para a região central de uma janela de painel duplo é:

1 U c e n t r o = 1 h i + 1 h e s p a ç o + 1 h o

Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos, temos:

1 U c e n t r o = 1 8,29   W / m 2 ⋅ K + 1 5,7   W / m 2 ⋅ K + 1 34,0   W / m 2 ⋅ K

1 U c e n t r o = 0,3255

U c e n t r o = 3,0724   W / m 2 ⋅ K

Portanto, o fator U para a região central de uma janela de painel duplo é 3,0724   W / m 2 ⋅ K .

Resposta

U c e n t r o = 3,0724   W / m 2 ⋅ K

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