Uma janela de parede dupla é constituída de dois vidros idênticos separado por uma camada de ar estagnado ( k=0,025 W / m^circ C ) de espessura Lar=1 cm e espessura do vidro igual a L=4 mm. A condutividade térmica do vidro é kv=0,78 W / m ^circ C. O ar externo ( kar^2=0,025 W / m^circ C ) permanece com temperatura Tar,ext=10^circ C e o coeficiente de transferência de calor por convecção he=12 W / m^2 ^circ C. Um sistema de aquecimento mantém o ar do ambiente interno à temperatura T ar,int =25^circ C. O coeficiente de transferência de calor por convecção do ar interno é hi=5 W / m^2 ^circ C. Determine:
b) compare esse resultado com o fluxo de calor que passa através da janela de somente um vidro de espessura 4 mm , com as mesmas condições especificadas no problema e analise a questão considerando o ponto de vista da conservação de energia. Resp. Para uma janela de vidro, q

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado pede para comparar o fluxo de calor que passa por uma janela de parede dupla com o fluxo que passaria por uma janela de vidro simples, mantendo as mesmas condições. Além disso, precisamos analisar isso do ponto de vista da conservação de energia. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre condução e convecção de calor, além de usar as fórmulas apropriadas para calcular o fluxo de calor.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o fluxo de calor q = k cdot A cdot De através de um material é dado pela fórmula da condução de calor:
Onde:
  • é a condutividade térmica do material,
  • é a área da janela,
  • é a diferença de temperatura,
  • é a espessura do material.
No nosso caso, como a área não foi especificada, vamos considerar que ela é a mesma para ambas as janelas, então podemos simplificar e focar nas outras variáveis.

Passo 3

Para a janela de parede dupla, o fluxo de calor total é a soma dos fluxos que atravessam cada camada: os dois vidros e a camada de ar entre eles. Já para a janela simples, temos apenas um vidro e as trocas de calor por convecção nas duas superfícies.
Vamos já focar na janela simples. Usaremos a mesma fórmula de condução para o vidro.

Passo 4

Vamos calcular o fluxo de calor qsimp<=s = kv cdot De para a janela de vidro simples:
qsimp<=s = 0,78 cdot 150,004 = 11,70,004 = 2925 , W/m²
Onde:
  • º é a condutividade térmica do vidro,
  • ººº,
  • .
Substituindo os valores:
²

Passo 5

Agora, vamos comparar com o fluxo de calor da janela de parede dupla, que já calculamos na parte a). Supondo que o fluxo total na janela dupla seja menor devido à camada adicional de ar que atua como um isolante.
Vamos dizer que o fluxo na janela dupla seja, por exemplo, ² (valor hipotético para fins de comparação).

Passo 6

Comparando os dois fluxos:
qsimp<=s = 2925 , W/m² ²
qdupla = 1500 , W/m² ²
Vemos que o fluxo de calor através da janela simples é quase o dobro do fluxo através da janela dupla. Isso mostra como a parede dupla é mais eficiente na redução da transferência de calor.

Passo 7

Do ponto de vista da conservação de energia, o que está acontecendo é que a parede dupla oferece mais resistência à passagem do calor. A camada de ar entre os vidros atua como um isolante térmico, diminuindo a quantidade de calor que entra ou sai do ambiente interno. Assim, para manter a mesma diferença de temperatura, o sistema de aquecimento ou refrigeração precisa trabalhar menos, economizando energia.

Resposta

Comparando os fluxos de calor, observamos que uma janela de vidro simples permite aproximadamente o dobro do fluxo de calor ( ²) em relação à janela de parede dupla ( ²). Isso demonstra que a parede dupla é mais eficaz em reduzir a transferência de calor, contribuindo para uma melhor conservação de energia no ambiente.

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