Elabore um relatório curto, dirigido simultaneamente a público geral e técnico, comparando perda de calor por…

Questão

Elabore um relatório curto, dirigido simultaneamente a público geral e técnico, comparando perda de calor por condução de uma janela simples e de uma janela dupla. Dados: A = 2,00 m²; T_int = 20 °C; T_ext = -5 °C. Janela simples: vidro L_g = 4,0 mm, k_g = 1,0 W·m?¹·K?¹. Janela dupla: duas lâminas vidro L_g = 4,0 mm cada, separadas por ar L_air = 12 mm, k_air = 0,025 W·m?¹·K?¹. Coeficientes convectivos h_i = 8 W·m?²·K?¹, h_e = 25 W·m?²·K?¹. Calcule U (W·m?²·K?¹) e potência perdida (W) de cada sistema; inclua perfil de temperatura através das camadas e conclusão sobre desempenho energético.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Modelo de resposta (com cálculos e conclusão): 1) Fórmulas por unidade de área: R_i = 1/h_i, R_e = 1/h_e, R_cond = L/k; U = 1/(R_i+SR_cond+R_e); P = U·A·?T com ?T = T_int-T_ext = 25 K. 2) Janela simples: R_i = 1/8 = 0,125 K·m²/W; R_cond = 0,004/1 = 0,004 K·m²/W; R_e = 1/25 = 0,04 K·m²/W. R_tot = 0,125+0,004+0,04 = 0,169 K·m²/W. U = 1/0,169 = 5,917 W·m?²·K?¹. Potência perdida P = U·A·?T = 5,917·2,00·25 = 295,9 W (˜296 W). 3) Janela dupla: R_cond = 0,004/1 + 0,012/0,025 + 0,004/1 = 0,004 + 0,48 + 0,004 = 0,488 K·m²/W. R_tot = 0,125+0,488+0,04 = 0,653 K·m²/W. U = 1/0,653 = 1,531 W·m?²·K?¹. P = 1,531·2,00·25 = 76,6 W (˜77 W). 4) Perfil de temperatura (exemplo por unidade de área): taxa de fluxo q = U·?T. - Janela simples: q = 5,917·25 = 147,9 W·m?². Queda de T nas resistências: ?T_i = q·R_i = 147,9·0,125 = 18,49 K ? T_surface_int ˜ 1,51 °C; ?T_glass = 147,9·0,004 = 0,59 K ? T_surface_ext ˜ 0,92 °C; ?T_e = 147,9·0,04 = 5,92 K ? confirma T_ext ˜ -5 °C. - Janela dupla: q = 1,531·25 = 38,28 W·m?². ?T_i = 38,28·0,125 = 4,79 K ? T_surface_int ˜ 15,21 °C; queda sobre primeira lâmina ˜0,15 K; sobre ar ˜18,37 K ? temperatura entre ar e segundo vidro ˜ -3,31 °C; confirma T_ext com ?T_e ˜1,53 K. 5) Conclusão: a janela dupla reduz significativamente U (de ˜5,92 para ˜1,53 W·m?²·K?¹) e a perda de potência (˜296 W ? ˜77 W). Física envolvida: resistências térmicas em série (convecção nas superfícies e condução em sólidos e no ar). Recomenda-se dupla vedação com camada de ar ou gás com baixa condutividade para eficiência térmica maior. Apresente o relatório com um gráfico linear do perfil de temperatura através da espessura, mostrando maiores quedas proporcionais às resistências (convectivas na simples; gap de ar dominante na dupla).

Explicação

A análise das janelas simples e duplas demonstra a importância das resistências térmicas na condução de calor, evidenciando que a janela dupla apresenta uma resistência maior devido à camada de ar, resultando em menor perda de calor. Os cálculos de U e potência perdida confirmam que a janela dupla é mais eficiente energeticamente, reduzindo significativamente a quantidade de calor que escapa. A inclusão do perfil de temperatura ilustra como as quedas de temperatura se distribuem através das camadas, reforçando a eficácia da janela dupla em manter a temperatura interna.

Raio-X da questão

Questões parecidas com resolução

• Em uma atividade de análise de lâminas, uma equipe observou dois materiais do corpo humano. A amostra A, retirada do…
• Em um bairro urbano, sacos de lixo eram deixados em uma praça próxima a um fragmento de vegetação, pois a coleta ocorria…
• Em uma região produtora de frutas e hortaliças, uma cooperativa, com apoio da prefeitura e de uma associação local…
• A equipe do programa de áudio da escola investigou alternativas para as entregas do jornal estudantil. As motocicletas…
• "O ruído da avenida parece menor, mas como explicar isso aos moradores?", perguntou uma representante do bairro durante…
• Balões presos à boca de frascos chamaram a atenção dos visitantes de uma feira de ciências. Em uma simulação didática…

Todas as questões de Biodiversidade e Sustentabilidade