Enunciado

Considere o sótão de uma casa localizada em um local de clima quente. O piso do sótão é caracterizado por uma largura L 1   = 10 m, enquanto o telhado faz um ângulo de θ = 30° a partir da direção horizontal, como mostrado na figura. O proprietário quer reduzir a carga térmica para a casa através da cola de um filme de alumínio brilhante (εf = 0,07) sobre as superfícies do espaço do sótão. Antes da instalação do filme, as superfícies tinham uma emissividade de ε o = 0,85.

  1. Considere a instalação somente na superfície inferior do telhado do sótão. Determine a razão entre as transferências de calor radiantes após e antes da instalação do filme.
  2. Determine a razão entre as transferências de calor radiantes após e antes da instalação se o filme for instalado somente sobre o piso do sótão.
  3. Determine a razão entre as transferências de calor radiantes se o filme for instalado sobre o piso do sótão e na parte inferior do telhado.

Passo 1

Vamos lá!! O problema da pra a gente um esqueminha de um sótão de uma casa no qual o dono quer instalar um alumínio brilhante com o intuito de deixar a casa mais fresquinha!

O problema propõe três situações, na primeira o proprietário vai instalar a alumínio brilhante apenas na superfície inferior do telhado, na segunda no piso do sótão e na terceira ele vai instalar nas duas superfícies!

A gente vai calcular a razão das transferências de calor radiantes antes e depois da instalação do alumínio brilhante!

Com a equação 13 - 23 do livro, podemos calcular a transferência de calor radiante:

q 1 - 2 = σ T 1 4 - T 2 4 1 - ε 1 ε 1 A 1 + 1 A 1 F 1 - 2 + 1 - ε 2 ε 2 A 2

Usando a regra da soma, podemos descobrir F 1 - 2 :

F 1 - 2 + F 1 - 1 = 1

Como a superfície 1 é plana F 1 - 1 = 0 , logo:

F 1 - 2 = 1

Não conhecemos o comprimento do sótão, então vamos considerar um comprimento unitário para calcular A 1 e A 2 :

A 1 = 1 × L 1

A 1 = 1 × 10 = 10   m 2

Não conhecemos L 2 , mas sabemos o ângulo θ que o telhado faz com o piso, logo:

cos ⁡ θ = L 1 L 2

A 2 = 1 × 10 cos ⁡ 30 °   = 11,55   m 2

Passo 2

Antes da instalação temos:

ε 0 = 0,85

A transferência de calor radiante é dada por:

q 1 - 2 = σ T 1 4 - T 2 4 1 - 0,85 0,85 × 10 + 1 10 × 0 , 1 + 1 - 0,85 0,85 × 11,55 = σ T 1 4 - T 2 4 0,133

A razão entre as trasferências de calor radiante pode ser calculada:

R = q 1 - 2 ' q 1 - 2 = σ T 1 4 - T 2 4 1 - ε 1 ε 1 A 1 + 1 A 1 F 1 - 2 + 1 - ε 2 ε 2 A 2 σ T 1 4 - T 2 4 0,133

Simplificando, ficamos com:

R = 0,133 1 - ε 1 ε 1 A 1 + 1 A 1 F 1 - 2 + 1 - ε 2 ε 2 A 2

Substituindo as áreas e o fator de forma:

R = 0,1 33 1 - ε 1 ε 1 × 10 + 1 + 1 - ε 2 ε 2 × 11,55

Agora a gente só precisa substituir ε 1 e ε 2 para cada situação!

Passo 3

Primeiro o alumínio é instalado apenas no telhado, então, ε 1 = ε 0 = 0,85 e ε 2 = 0,07 , substituindo:

R = 0 , 133 1 - 0,85 0,85 × 10 + 1 + 1 - 0,07 0,07 × 11,55

Calculando:

R = 0,105

Passo 4

Agora o alumínio é instalado apenas no telhado, então,   ε 1 = 0,07 e ε 2 = ε 0 = 0 , 8 5 e, substituindo:

R = 0,133 1 - 0,07 0,0 , 7 × 10 + 1 + 1 - 0 , 85 0 , 85 × 11,55

Calculando:

R = 0,092

Passo 5

Por fim, o alumínio é instalado nas duas superfícies,então,   ε 1 = 0,07 e ε 2 = 0,07 e, substituindo:

R = 0,133 1 - 0 , 07 0 , 0,7 × 10 + 1 + 1 - 0,07 0,07 × 11,55 = 0,052

Temos:

R = 0,052

Uhuuuul!!!

Resposta

  1. R = 0,105
  2. R = 0,092
  3. R = 0,052
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