Uma câmara frigorifica deve ser construída de forma a manter a temperatura interna em em uma região onde a temperatura média do ar no verão é de . A parede da câmara é composta de tijolo, com espessura de 9 cm ( , uma camada de reboco de , e uma camada de isolante ( ), e os coeficientes de transferência de calor convectivos interno e externo são respectivamente 8 e .
d) Calcule a temperatura superficie externa da parede nesse caso.

Passo 1

Resumo do Enunciado: Precisamos calcular a temperatura na superfície externa de uma parede de uma câmara frigorífica que mantém a temperatura interna em . A parede é constituída por três camadas: tijolo, reboco e isolante, cada uma com sua espessura e condutividade térmica específicas. Além disso, temos os coeficientes de transferência de calor convectivos internos e externos. Vamos usar conceitos de transferência de calor por condução e convecção para resolver essa questão.
Conteúdo Necessário:
  • Lei de Fourier para condução de calor: onde é a taxa de transferência de calor, é a diferença de temperatura e é a resistência térmica.
  • Transferência de calor por convecção: onde é o coeficiente de transferência de calor convectivo, é a área e é a diferença de temperatura.

Passo 2

Identificando as Resistências Térmicas:
A transferência de calor através da parede ocorre em série e envolve:
  1. Convecção interna (entre o ar interno e a parede).
  2. Condução através das camadas da parede (tijolo, reboco e isolante).
  3. Convecção externa (entre a parede externa e o ar externo).
Cada uma dessas etapas possui uma resistência térmica que vamos calcular separadamente.

Passo 3

Calculando as Resistências Térmicas Convectivas e Condutivas:
Como o problema não especifica a área da parede, vamos considerar por unidade de área (isto é, ) para simplificar os cálculos.
  1. Resistência Convectiva Interna ( ):
  2. Resistência à Condução pelo Tijolo ( ):
  3. Resistência à Condução pelo Reboco ( ):
  4. Resistência à Condução pelo Isolante ( ):
  5. Resistência Convectiva Externa ( ):

Passo 4

Calculando a Resistência Térmica Total ( ):

Passo 5

Calculando a Taxa de Transferência de Calor por Unidade de Área ( ):
A diferença de temperatura entre o interior e o exterior é:
Usando a fórmula da resistência térmica:

Passo 6

Determinar a Temperatura na Superfície Externa da Parede ( ):
A transferência de calor por convecção externa é dada por:
Isolando :

Resposta

A temperatura na superfície externa da parede é aproximadamente .

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Dois reservatórios rigidos são ligados por uma válvula, que se encontra inicialmente fechada. O reservatório , com contém ar a pressão absoluta de 500 kPa e e o reservatório B contem 10 kg de ar, à pressão de 200 kPa e temperatura de .
c) Se a válvula é repentinamente aberta e a pressão e temperaturas dos dois reservatórios são rapidamente equalizadas, qual seriam a temperatura e pressão atingidas?
Dois reservatórios rigidos são ligados por uma válvula, que se encontra inicialmente fechada. O reservatório , com contém ar a pressão absoluta de 500 kPa e e o reservatório B contem 10 kg de ar, à pressão de 200 kPa e temperatura de .
a) Represente o objeto de estudo, o modelo utilizado e calcule a massa de ar do reservatório
Dois reservatórios rigidos são ligados por uma válvula, que se encontra inicialmente fechada. O reservatório , com contém ar a pressão absoluta de 500 kPa e e o reservatório B contem 10 kg de ar, à pressão de 200 kPa e temperatura de .
d) Se o processo fosse feito lentamente, permitindo a troca de calor com o meio, de forma que ao final a temperatura fosse 300 K , qual seria a pressão final? E o calor trocado?
Uma câmara frigorifica deve ser construída de forma a manter a temperatura interna em em uma região onde a temperatura média do ar no verão é de . A parede da câmara é composta de tijolo, com espessura de 9 cm ( , uma camada de reboco de , e uma camada de isolante ( ), e os coeficientes de transferência de calor convectivos interno e externo são respectivamente 8 e .
b) Considerando que o fluxo de calor ótimo para uma câmara deva ser de 10 , calcule o coeficiente global de transferência de calor da parede composta.