Exercícios - Fenômenos de Transporte 2023 1

Parte I – Considere um projeto residencial no qual as paredes são compostas por uma série de materiais que buscam aliar conforto térmico com estética moderna. A parede no interior da residência é feita com uma fina camada de 20 mm de espessura de gesso, e a parede externa possui um acabamento de uma placa espessa de concreto de 40 mm. Entre as duas paredes há um vão de 70 mm que deverá ser preenchido com um material isolante a ser definido pelo projetista. O solicitante do projeto reside na região Sul do Brasil, onde, durante o inverno, as temperaturas mais frias estão na faixa dos – 5°C. Além disso, essa pessoa deseja que a temperatura no interior de sua residência seja de 25°C. Sua equipe técnica fez algumas medições e verificou que os coeficientes de transferência de calor interno e externo são 30 e 60 W/m²K, respectivamente. Considere kgesso = 0,17 W/mK e kconc = 0,46 W/mK, e que a parede tenha 5 m de largura e 3 m de altura. a) (0,5) Monte o circuito térmico (ou circuito elétrico) equivalente, identificando as temperaturas intermediárias; b) (1,0) Sabendo-se que a máxima taxa de transferência de calor durante o inverno será de 215 W, identifique qual deve ser o valor do coeficiente de condutividade térmica do material isolante para que o projeto seja realizado conforme o solicitado; c) (0,5) Que material ou conjunto de materiais pode ser utilizado para obter o valor sugerido para o coeficiente de condutividade térmica? d) (0,5) Qual é a temperatura na superfície da parede externa nessas condições? Parte II – Suponha que você receba um projeto similar (a ser aplicado em outro local) para ser calculado, mas agora o foco é o inverso: você precisa aumentar o fluxo de calor. Com base nisso, você prontamente decide por adicionar um sistema de aletas ao projeto. As informações que a sua equipe técnica lhe forneceu são as seguintes: a temperatura interna, o coeficiente de convecção externo e a temperatura da superfície externa (Text, calculado no item d) são os mesmos do parte I do problema. A parede agora é somente uma parede simples de aço AISI 304 (kaço = 14,9 W/mK) com 20 mm de espessura e 1 m de altura x 1 m de largura, e a temperatura ambiente local é de – 30°C As aletas previstas por você são retangulares, tem 0,05 m de comprimento e uma espessura de 0,01 m, e em virtude do espaçamento utilizado, há um total de 55 aletas em cujas extremidades, separadamente, é fixada uma placa isolante. Sendo assim, determine: