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.
Exercícios relacionados
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:
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
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
Uma parede composta separa gases de combustão a
de um líquido refrigerante a
, com coeficientes de transferência de calor no lado do gás e no do líquido iguais a 50 e
. A parede é composta por uma camada de espessura igual a 10 mm de óxido de berílio (
) no lado do gás e uma placa de 20 mm de espessura de aço inoxidável AISI 304 (
) no lado do líquido. A resistência de contato entre o óxido e o aço é de 0,05
.
c) Determine as temperaturas nas duas superfícies que conferem descontinuidade de junção e são relacionadas à resistência de contato. Resp. e
.
c) Determine as temperaturas nas duas superfícies que conferem descontinuidade de junção e são relacionadas à resistência de contato. Resp.
Água quente com temperatura
escoa no interior de um duto de aço de raio interno
, raio externo
e comprimento
. O duto está em contato com o ar ambiente, de temperatura
. Sendo a condutividade térmica do aço kaço
, o coeficiente de transferência de calor por convecção da água
e o coeficiente de transferência de calor por convecção do
, determine:
a) a taxa de transferência de calor que passa da água para o ar ambiente. Resp. 3,96 W
a) a taxa de transferência de calor que passa da água para o ar ambiente. Resp. 3,96 W
Água quente com temperatura
escoa no interior de um duto de aço de raio interno
, raio externo
e comprimento
. O duto está em contato com o ar ambiente, de temperatura
. Sendo a condutividade térmica do aço kaço
, o coeficiente de transferência de calor por convecção da água
e o coeficiente de transferência de calor por convecção do
, determine:
b) o fluxo de calor nas superfícies interna e externa do duto; Resp. q
b) o fluxo de calor nas superfícies interna e externa do duto; Resp. q