Uma janela de parede dupla é constituída de dois vidros idênticos separado por uma camada de ar estagnado (
) de espessura
e espessura do vidro igual a
. A condutividade térmica do vidro é
. O ar externo (
) permanece com temperatura
e o coeficiente de transferência de calor por convecção
. Um sistema de aquecimento mantém o ar do ambiente interno à temperatura
. O coeficiente de transferência de calor por convecção do ar interno é
. Determine:
a) o fluxo de calor que passa através da janela dupla; Resp. 21,6 W/m²
a) o fluxo de calor que passa através da janela dupla; Resp. 21,6 W/m²
Passo 1
Então, a gente tem esse exercício que fala sobre uma janela de parede dupla. A janela é composta por dois vidros separados por uma camada de ar. A gente precisa calcular o fluxo de calor que passa por essa janela. Para resolver isso, vamos usar os conceitos de condução de calor e convecção. Vamos precisar das fórmulas para resistência térmica tanto da condução quanto da convecção.
Passo 2
Primeiro, vamos entender que o calor se propaga através da janela de duas maneiras: pela condução nos materiais (vidro e ar) e pela convecção nas superfícies internas e externas. Cada uma dessas partes vai ter uma resistência térmica que vai limitar o fluxo de calor.
Passo 3
Vamos calcular a resistência térmica pela condução nos vidros. A resistência térmica (
) é dada por:
Como estamos interessados no fluxo por unidade de área, a área
cancela, então a resistência térmica por unidade de área (
) para o vidro é:
Passo 4
Agora, vamos calcular a resistência térmica pela condução no ar. Usando a mesma fórmula:
Passo 5
Em seguida, calculamos a resistência térmica pela convecção nas superfícies interna e externa. A resistência térmica por convecção (
) é dada por:
Mais uma vez, por unidade de área:
Passo 6
Agora, somamos todas as resistências térmicas em série para encontrar a resistência total (
):
Note que temos dois vidros, então a resistência do vidro aparece duas vezes:
Passo 7
Com a resistência total, podemos encontrar o fluxo de calor (
) usando a diferença de temperatura entre o interior e o exterior:
Resposta
O fluxo de calor que passa através da janela dupla é aproximadamente 21,6 W/m².