Considere uma parede simples com a seguinte constituição do exterior para o interior: um reboco exterior com espessura de 1.6 cm e kre=1.30 W/(m.oC), uma placa de isolamento térmico em poliestireno moldado de espessura de 3.0 cm e kisol=0.042 W/ (m.oC), uma parede de betão com espessura de 23 cm e kbet=
)e um revestimento interior com espessura de 2.6 cm e kri=1.40 W/(m.oC). Os coeficentes de convecção exterior e interior, são respectivamente
e
(m2.oC). Se a parede tiver uma área de 32 m2, a temperatura no exterior for de -1 oC e a temperatura no interior for de 20 oC, determine a queda de temperatura no isolamento térmico (oC).
Passo 1
Vamos começar resumindo o que o exercício está pedindo. Temos uma parede composta por várias camadas com diferentes propriedades térmicas. O objetivo é determinar a queda de temperatura na camada de isolamento térmico. Para resolver isso, vamos precisar aplicar conceitos de condução de calor e resistências térmicas, além dos coeficientes de convecção nas superfícies externa e interna.
Passo 2
Primeiro, vamos entender que a transferência de calor através da parede ocorre por condução nas camadas sólidas e por convecção nas superfícies. Para cada camada, calculamos uma resistência térmica que nos ajuda a determinar como o calor flui através dela.
Passo 3
A resistência térmica por condução para cada camada sólida é dada por:
onde:
-
é a espessura da camada, -
é a condutividade térmica do material, -
é a área da parede.
Passo 4
Para as resistências térmicas por convecção nas superfícies, usamos:
onde:
-
é o coeficiente de convecção, -
é a área da parede.
Passo 5
Vamos calcular as resistências térmicas individuais:
Convecção Exterior:
Reboco Exterior:
Isolamento Térmico:
Parede de Betão:
Revestimento Interior:
Convecção Interior:
Passo 6
Agora, somamos todas as resistências térmicas para obter a resistência total da parede:
Passo 7
A diferença de temperatura entre o interior e o exterior é de
. A taxa de transferência de calor
é dada por:
Passo 8
Para encontrar a queda de temperatura na camada de isolamento térmico, usamos:
Resposta
A queda de temperatura na camada de isolamento térmico é de aproximadamente 15,12 °C.