Uma parede tem temperaturas superficiais interna e externa iguais a 16 e 6 °C,
respectivamente. As temperaturas do ar interno e externo são 20 e 5 °C, respectivamente.
Os coeficientes de transferência de calor por convecção nas superfícies interna e externa
são 5 e 20 W/(m2 · K), respectivamente. Calcule os fluxos térmicos do ar interior para a
parede, da parede para o ar exterior, e da parede para o ar interior. Está a parede sob
condições de regime estacionário?

Question

Uma parede tem temperaturas superficiais interna e externa iguais a 16 e 6 °C,
respectivamente. As temperaturas do ar interno e externo são 20 e 5 °C, respectivamente.
Os coeficientes de transferência de calor por convecção nas superfícies interna e externa
são 5 e 20 W/(m2 · K), respectivamente. Calcule os fluxos térmicos do ar interior para a
parede, da parede para o ar exterior, e da parede para o ar interior. Está a parede sob
condições de regime estacionário?

Accepted Answer

Para determinar os fluxos térmicos e verificar se a parede está sob condições de regime estacionário, precisamos calcular o fluxo de calor através da parede e verificar se ele é constante.

### 1. Fluxo térmico do ar interior para a parede

O fluxo de calor por convecção do ar interior para a superfície interna da parede é dado por:

$$ q_{\text{int-parede}} = h_{\text{int}} \cdot A \cdot (T_{\text{ar,int}} - T_{\text{parede,int}}) $$

onde:
- $ h_{\text{int}} = 5 \, \text{W/(m}^2\cdot\text{K)} $ é o coeficiente de convecção interno,
- $ T_{\text{ar,int}} = 20 \, \text{°C} $ é a temperatura do ar interno,
- $ T_{\text{parede,int}} = 16 \, \text{°C} $ é a temperatura da superfície interna da parede.

Substituindo os valores:

$$ q_{\text{int-parede}} = 5 \cdot A \cdot (20 - 16) $$
$$ q_{\text{int-parede}} = 5 \cdot A \cdot 4 $$
$$ q_{\text{int-parede}} = 20 \cdot A $$

### 2. Fluxo térmico da parede para o ar exterior

O fluxo de calor por convecção da superfície externa da parede para o ar exterior é dado por:

$$ q_{\text{parede-ext}} = h_{\text{ext}} \cdot A \cdot (T_{\text{parede,ext}} - T_{\text{ar,ext}}) $$

onde:
- $ h_{\text{ext}} = 20 \, \text{W/(m}^2\cdot\text{K)} $ é o coeficiente de convecção externo,
- $ T_{\text{parede,ext}} = 6 \, \text{°C} $ é a temperatura da superfície externa da parede,
- $ T_{\text{ar,ext}} = 5 \, \text{°C} $ é a temperatura do ar externo.

Substituindo os valores:

$$ q_{\text{parede-ext}} = 20 \cdot A \cdot (6 - 5) $$
$$ q_{\text{parede-ext}} = 20 \cdot A \cdot 1 $$
$$ q_{\text{parede-ext}} = 20 \cdot A $$

### 3. Verificação do regime estacionário

Para que a parede esteja em regime estacionário, o fluxo de calor do ar interior para a parede deve ser igual ao fluxo de calor da parede para o ar exterior:

$$ q_{\text{int-parede}} = q_{\text{parede-ext}} $$

Como ambos os fluxos calculados são iguais a $ 20 \cdot A $, podemos concluir que a parede está sob condições de regime estacionário.

Uma parede tem temperaturas superficiais interna e externa i...

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