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.
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:
- Convecção interna (entre o ar interno e a parede).
- Condução através das camadas da parede (tijolo, reboco e isolante).
- 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.
-
Resistência Convectiva Interna (
): -
Resistência à Condução pelo Tijolo (
): -
Resistência à Condução pelo Reboco (
): -
Resistência à Condução pelo Isolante (
): -
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:
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
.
Exercícios relacionados
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?
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
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?
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.
b) Considerando que o fluxo de calor ótimo para uma câmara deva ser de 10