Uma parede tem temperaturas superficiais interna e externa iguais a 16 e 6°C, respetivamente. Os coeficientes de transferência de calor por convecção nas superfícies interna e externa são 5 e 20 W/(m².k), respetivamente. Calcule os fluxos térmicos de 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

Accepted Answer

Para resolver este problema, precisamos calcular os fluxos térmicos associados à transferência de calor por convecção nas superfícies interna e externa da parede. Vamos utilizar a equação básica para a transferência de calor por convecção:

$$ q = h \cdot A \cdot (T_{\text{superfície}} - T_{\text{ar}}) $$

onde $ q $ é o fluxo térmico, $ h $ é o coeficiente de transferência de calor por convecção, $ A $ é a área da superfície (que cancelamos pois não é fornecida e não é necessária para comparar os fluxos), $ T_{\text{superfície}} $ é a temperatura da superfície, e $ T_{\text{ar}} $ é a temperatura do ar.

1. **Fluxo térmico do ar interior para a parede:**

- Coeficiente de transferência de calor interno: $ h_{\text{interno}} = 5 \, \text{W/m}^2\cdot\text{K} $
   - Temperatura do ar interno: $ T_{\text{ar, interno}} = 16^\circ C $
   - Temperatura da superfície interna da parede: $ T_{\text{superfície, interno}} = 16^\circ C $

Como as temperaturas são iguais, o fluxo térmico será:

$$ q_{\text{interno}} = h_{\text{interno}} \cdot (T_{\text{superfície, interno}} - T_{\text{ar, interno}}) = 5 \cdot (16 - 16) = 0 \, \text{W/m}^2 $$

2. **Fluxo térmico da parede para o ar exterior:**

- Coeficiente de transferência de calor externo: $ h_{\text{externo}} = 20 \, \text{W/m}^2\cdot\text{K} $
   - Temperatura do ar externo: $ T_{\text{ar, externo}} = 6^\circ C $
   - Temperatura da superfície externa da parede: $ T_{\text{superfície, externo}} = 6^\circ C $

Novamente, como as temperaturas são iguais, o fluxo térmico será:

$$ q_{\text{externo}} = h_{\text{externo}} \cdot (T_{\text{superfície, externo}} - T_{\text{ar, externo}}) = 20 \cdot (6 - 6) = 0 \, \text{W/m}^2 $$

3. **Análise das condições de regime estacionário:**

Em condições de regime estacionário, a quantidade de calor que entra em um sistema é igual à quantidade de calor que sai. Neste caso, como os fluxos térmicos calculados são zero, não há transferência líquida de calor através da parede. Portanto, a parede está sob condições de regime estacionário.

Concluindo, o fluxo térmico tanto do ar interior para a parede quanto da parede para o ar exterior é zero, indicando que a parede está em condições de regime estacionário.

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