Exemplo – a Perda de Calor através de uma Parede
Uma grande fonte de perda de calor de uma casa é através de paredes. Calcule a taxa de fluxo de calor através de uma parede 3 m x 10 m de área (a = 30 m2). A parede tem 15 cm de espessura (L1) e é feita de tijolos com a condutividade térmica de k1 = 1,0 W/m. K (isolador térmico pobre). Suponha que, as temperaturas interna e externa sejam 22°C e -8°C, e os coeficientes de transferência de calor por convecção nos lados interno e externo sejam h1 = 10 W/m2K e h2 = 30 W/m2K, respectivamente. Observe que, esses coeficientes de convecção dependem fortemente especialmente das condições ambientais e internas (vento, umidade, etc.).
- Calcule o fluxo de calor (perda de calor) através desta parede não isolada.
- agora assuma o isolamento térmico no lado externo desta parede. Use isolamento de lã de vidro com 10 cm de espessura (L2) com a condutividade térmica de k2 = 0,023 W/m.K e calcule o fluxo de calor (perda de calor) através desta parede composta.
solução:
como foi escrito, muitos dos processos de transferência de calor envolvem sistemas compostos e até envolvem uma combinação de condução e convecção. Com esses sistemas compostos, muitas vezes é conveniente trabalhar com um coeficiente geral de transferência de calor, conhecido como fator U. O fator U é definido por uma expressão análoga à Lei de resfriamento de Newton:
o coeficiente geral de transferência de calor está relacionado à resistência térmica total e depende da geometria do problema.
- nua parede
Assumindo uma dimensão de transferência de calor através do plano de parede e livre de radiação, o conjunto do coeficiente de transferência de calor pode ser calculada como:
geral coeficiente de transferência de calor é então:
U = 1 / (1/10 + 0.15/1 + 1/30) = 3.53 W/m2K
O fluxo de calor pode então ser calculado simplesmente como:
q = 3.53 x 30 = 105.9 W/m2
O total de perda de calor através desta parede será:
qloss = q . A = 105,9 x 30 = 3177w
- parede composta com isolamento térmico
assumindo transferência de calor unidimensional através da parede composta plana, sem resistência de contato térmico e desconsiderando a radiação, o coeficiente de transferência de calor geral pode ser calculado como:
geral coeficiente de transferência de calor é então:
U = 1 / (1/10 + 0.15/1 + 0.1/0.023 + 1/30) = 0.216 W/m2K
O fluxo de calor pode então ser calculado simplesmente como:
q = 0.216 x 30 = 6.48 W/m2
O total de perda de calor através desta parede será:
qloss = q . A = 6,48 x 30 = 194 W
como pode ser visto, uma adição de isolador térmico causa diminuição significativa nas perdas de calor. Deve ser adicionado, uma adição da próxima camada de isolador térmico não causa economias tão altas. Isso pode ser melhor visto a partir do método de resistência térmica, que pode ser usado para calcular a transferência de calor através de paredes compostas. A taxa de transferência de calor constante entre duas superfícies é igual à diferença de temperatura dividida pela resistência térmica total entre essas duas superfícies.
