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

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:
²
²

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:
²

Resposta

O fluxo de calor que passa através da janela dupla é aproximadamente 21,6 W/m².

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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
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 .
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
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