Uma câmara frigorifica deve ser construída de forma a manter a temperatura interna em -18^circ C em uma região onde a temperatura média do ar no verão é de 32^circ C. A parede da câmara é composta de tijolo, com espessura de 9 cm ( k= 0,72 W / m K, uma camada de reboco de 1 cm(0,5 W / m k), e uma camada de isolante ( k=0,024 W / m K ), e os coeficientes de transferência de calor convectivos interno e externo são respectivamente 8 e 15 W / m^2 K.
b) Considerando que o fluxo de calor ótimo para uma câmara deva ser de 10 W / m^2, calcule o coeficiente global de transferência de calor da parede composta. (0,5)

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos que calcular o coeficiente global de transferência de calor ( ) de uma parede composta por várias camadas. Isso faz parte do conteúdo de transferência de calor, especificamente envolvendo condução e convecção. Para resolver, vamos precisar das espessuras e das condutividades térmicas de cada camada da parede, além dos coeficientes de transferência de calor convectivos interno e externo.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar todas as resistências térmicas envolvidas na transferência de calor através da parede. Essas resistências vêm das camadas de material (condução) e das superfícies internas e externas (convecção).

Passo 3

Vamos calcular a resistência térmica de cada camada de condução usando a fórmula:
Rcondição = dk çã
onde R1 = 0,090,72 = 0,125 , K/W é a espessura da camada e R2 = 0,010,5 = 0,02 , K/W é a condutividade térmica.
Para a parede:
  • Tijolo: ,
  • Reboco: ,
  • Isolante: não foi especificado, mas vamos assumir que a espessura é suficiente para não afetar muito o cálculo ou que já está incluída na resistividade fornecida. Se mais detalhes fossem fornecidos, ajustaríamos isso.

Passo 4

Agora, vamos considerar as resistências térmicas por convecção nas superfícies interna e externa. A fórmula para resistência de convecção é:
Rconvecção = 1h cdot A çã
Como estamos calculando por metro quadrado ( Rconv = 1h ), simplificamos para:
Rconv,in = 18 = 0,125 , K/W
Assim:
  • Interna: Rconv,ext = 115 approx 0,0667 , K/W
  • Externa:

Passo 5

Agora, somamos todas as resistências térmicas:
Rtotal = Rconv,in + R1 + R2 + R3 + Rconv,ext
Assumindo que a resistência do isolante ( Rtotal = 0,125 + 0,125 + 0,02 + 0,0667 approx 0,3367 , K/W ) é muito pequena ou já considerada:

Passo 6

O coeficiente global de transferência de calor ( U = 1Rtotal = 10,3367 approx 2,97 , W/m^2 cdot K ) é o inverso da resistência total:

Resposta

O coeficiente global de transferência de calor da parede composta é aproximadamente .

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