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
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, qc) Compare os resultados e relacione ao valor da resistência total nos dois casos.
a) o fluxo de calor que passa através da janela dupla; Resp. 21,6 W/m²
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, qc) Compare os resultados e relacione ao valor da resistência total nos dois casos.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre transferência de calor em janelas de parede dupla. A gente precisa calcular o fluxo de calor que passa através dessa janela dupla e depois comparar com uma janela de vidro simples nas mesmas condições. Para isso, vamos usar conceitos de condução e convecção de calor, além de entender como as resistências térmicas funcionam em série.
Passo 2
Primeiro, vamos entender como o calor se movimenta através da janela dupla. O calor passa por diferentes camadas: pela convecção no ar interno, pela condução no vidro, pela condução no ar entre os vidros, novamente pela condução no outro vidro e, por fim, pela convecção no ar externo. Cada uma dessas etapas oferece uma resistência ao fluxo de calor.
Passo 3
Vamos calcular cada resistência térmica individualmente usando as fórmulas:
Para a convecção:
Como a área
não foi especificada, vamos considerar por unidade de área, então
. Assim, a resistência fica:
Para a condução:
Considerando
:
Passo 4
Agora, somamos todas as resistências térmicas em série para obter a resistência total da janela dupla:
Passo 5
Com a resistência total conhecida, podemos calcular o fluxo de calor usando a diferença de temperatura entre o interno e o externo:
Resposta
O fluxo de calor que passa através da janela dupla é de aproximadamente 21,6 W/m².
Exercícios relacionados
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 m² K/W.
a) Esboce o circuito térmico equivalente que representa a situação apresentada.
b) Qual é a taxa de perda de calor por unidade de área da superfície na parede composta? Resp. 31832,80 W/m²
c) Determine as temperaturas nas duas superfícies que conferem descontinuidade de junção e são relacionadas à resistência de contato. Resp. e
.
d) Esboce a distribuição de temperaturas do gás para o líquido.
a) Esboce o circuito térmico equivalente que representa a situação apresentada.
b) Qual é a taxa de perda de calor por unidade de área da superfície na parede composta? Resp. 31832,80 W/m²
c) Determine as temperaturas nas duas superfícies que conferem descontinuidade de junção e são relacionadas à resistência de contato. Resp.
d) Esboce a distribuição de temperaturas do gás para o líquido.
Considere um contêiner esférico de raio interno
, raio externo
condutividade térmica
. As superfícies interna e externa do contêiner são mantidas a temperaturas constantes
e
, respectivamente, como resultado de algumas reações químicas que ocorrem em seu interior. Obtenha a relação geral para a distribuição de temperatura no interior da casca sob estado estacionário e determine a taxa de perda de calor. Resp:
A distribuição de velocidade para o escoamento laminar desenvolvido entre placas paralelas é dada por
onde
é a distância separando as placas; a origem está situada na linha mediana entre as placas. Considere um escoamento de água a
, com
. Calcule a tensão de cisalhamento na placa superior e dê o seu sentido. Esboce a variação da tensão de cisalhamento numa seção transversal do canal.
c) Se a viscosidade de um dos fluidos fosse muito maior que a do outro, esta previsão do item b seria alterada?