(a) Determine uma expressão simbólica para a resistência térmica total da parede, incluindo os efeitos da convecção nas superfícies interna e externa, para as condições especificadas.
(b) Determine a perda total de calor através da parede.
© Se o vento soprar violentamente, aumentando
para 300
, determine o aumento percentual na perda de calor.
(d) Qual é a resistência dominante que determina a quantidade de calor que atravessa a parede?
(b) Determine a perda total de calor através da parede.
© Se o vento soprar violentamente, aumentando
(d) Qual é a resistência dominante que determina a quantidade de calor que atravessa a parede?
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma parede pela qual o calor está passando, e queremos calcular diferentes aspectos desse processo. O conteúdo envolve transferência de calor por condução e convecção. Para resolver, vamos precisar usar as fórmulas de resistência térmica tanto para condução quanto para convecção.
Passo 2
Primeiro, vamos determinar a resistência térmica total da parede incluindo a condução através da parede e a convecção nas superfícies interna e externa.
A resistência térmica por condução é dada por:
onde:
-
é a espessura da parede, -
é a condutividade térmica do material, -
é a área de transferência de calor.
A resistência térmica por convecção é:
onde:
-
é o coeficiente de transferência de calor por convecção.
Como temos convecção nas duas superfícies (interna e externa), a resistência total será a soma das resistências individuais:
Passo 3
Vamos para a parte (a): Expressão simbólica para a resistência térmica total da parede.
Substituindo as resistências:
Simplificando:
Passo 4
Agora, na parte (b): Determinar a perda total de calor através da parede.
Usamos a Lei de Fourier para condução de calor em série:
Onde
é a diferença de temperatura entre os dois lados da parede.
Passo 5
Para a parte ©: Aumento percentual na perda de calor quando
aumenta para 300 W/(m².K).
Primeiro, calculamos a nova resistência térmica total
com o novo
:
Depois, calculamos a nova perda de calor
:
O aumento percentual é:
Passo 6
Por fim, na parte (d): Determinar qual é a resistência dominante que determina a quantidade de calor que atravessa a parede.
Comparando as resistências individuais
,
e
, a que tiver o maior valor será a resistência dominante.
Resposta
(a) A resistência térmica total da parede é:
(b) A perda total de calor através da parede é:
© O aumento percentual na perda de calor quando
aumenta para 300 W/(m².K) é calculado por:
(d) A resistência dominante que determina a quantidade de calor que atravessa a parede é a que tiver o maior valor entre
,
e
.
Exercícios relacionados
Calcule um ciclo Rankine simples que opere entre as pressões de 2 MPa e 100 kPa com temperatura de superaquecimento de
.
Um ciclo de Brayton simples que utiliza ar como fluido de trabalhopossui uma razão de pressão igual a 10. A temperatura mínima e máxima no ciclo são
e 1240 K. Assumindo uma eficiência isentrópica de
para o compressor e
para a turbina, determine:
(a) A temperatura do ar na saída da turbina
(b) O trabalho líquido produzido - 210,4 KJ/Kg
© A eficiência térmica do ciclo - 30,10%
(a) A temperatura do ar na saída da turbina
(b) O trabalho líquido produzido - 210,4 KJ/Kg
© A eficiência térmica do ciclo - 30,10%
As paredes de refrigeradores domésticos são tipicamente constituídas de uma camada de isolante alocada entre dois painéis de folhas de metal. Considere a parede de um refrigerador feita com isolante de fibra de vidro (
e espessura
) entre dois painéis de aço (cada um com espessura
e
). Os coeficientes associados à convecção natural nas superfícies interna e externa da parede do refrigerador valem
. Com a parede separando ar refrigerado a
do ar ambiente a
, determine o ganho de calor por unidade de área superficial.
A percepção de arrepio (resfriamento pelo vento), vivenciada em dias frios com ventos, está relacionada ao aumento da troca de calor da pele humana exposta com o ambiente circundante. Consideremos uma camada de tecido adiposo
com
de espessura, onde a temperatura interna é mantida em
. Em um dia sem vento, o coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície externa é de
, mas com ventos de
, esse coeficiente aumenta para
ambas as situações, a temperatura do ar ambiente é de -15
. Qual é a razão entre perdas de calor, por unidade de área de pele, em um dia calmo e em um dia de vento?