Água quente a uma temperatura média de
flui através da seção interna de um tubo de aço galvanizado (
) de 5 m de comprimento cujos diâmetros interno e externo são 5 cm e 6 cm , respectivamente. Sobre a superficie externa do tubo, é acrescentada uma camada de isolante com espessura de 1 cm , cuja emissividade é 0,7 , de forma a garantir uma temperatura superficial segura para o toque de
. A superfície externa da camada de isolante está exposta ao ar frio de
no porão, com coeficiente de transferência de calor de
. Considere que as paredes do porão também estão com
. O coeficiente de transferência de calor na superficie interna do tubo é
.
Desenhe o circuito térmico que representa a situação de transferência de calor em regime estacionário. Identifique todas resistências térmicas, nós de temperatura e sentido da taxa de transferência de calor.
Desenhe o circuito térmico que representa a situação de transferência de calor em regime estacionário. Identifique todas resistências térmicas, nós de temperatura e sentido da taxa de transferência de calor.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo. Temos água quente a 80°C passando por um tubo de aço galvanizado com certas dimensões e propriedades térmicas. O tubo tem uma camada de isolante com emissividade 0,7 para garantir que a superfície externa fique a 36°C. Essa superfície está exposta ao ar frio do porão a 10°C, e também temos um coeficiente de transferência de calor na superfície interna do tubo. O conteúdo da matéria aqui é transferência de calor em regime estacionário, usando circuitos térmicos. Para resolver, vamos precisar identificar todas as resistências térmicas envolvidas, os nós de temperatura e a direção da transferência de calor.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os diferentes modos de transferência de calor no sistema. Temos condução térmica através do tubo de aço e do isolante, e convecção na superfície interna do tubo e na superfície externa do isolante. Além disso, como a emissividade do isolante é mencionada, também consideramos a radiação térmica na superfície externa.
Passo 3
Agora, vamos definir as resistências térmicas correspondentes a cada modo de transferência de calor. A resistência térmica por condução é dada por:
onde
é o comprimento,
é a condutividade térmica, e
é a área.
Para a convecção, a resistência térmica é:
onde
é o coeficiente de transferência de calor por convecção.
Para a radiação, a resistência térmica pode ser calculada usando:
onde
é a constante de Stefan-Boltzmann,
é a emissividade,
é a área,
é a temperatura da superfície e
é a temperatura do ambiente.
Passo 4
Vamos identificar os nós de temperatura no circuito térmico. Temos:
-
(temperatura da água quente) -
(temperatura da superfície externa do isolante) -
(temperatura do ar no porão)
Passo 5
Agora, vamos determinar a direção da transferência de calor. O calor flui do ponto de maior temperatura para o de menor, ou seja, de
para
.
Passo 6
Com todas as resistências térmicas identificadas e os nós de temperatura definidos, podemos montar o circuito térmico. Cada resistência térmica será representada por um bloco no circuito, conectando os nós de temperatura na ordem do fluxo de calor.
Resposta
O circuito térmico em regime estacionário para a situação descrita é representado da seguinte forma:
T1 (80°C) ---- R_conv_interno ---- R_cond_tubo ---- R_cond_isolante ---- R_conv_externo ---- T3 (10°C)
|
|
R_rad
|
T2 (36°C)
Descrição do Circuito:
- T1 (80°C): Nó de temperatura da água quente.
- R_conv_interno: Resistência térmica pela convecção na superfície interna do tubo (
). - R_cond_tubo: Resistência térmica pela condução através do tubo de aço (
). - R_cond_isolante: Resistência térmica pela condução através da camada de isolante.
- R_conv_externo: Resistência térmica pela convecção na superfície externa do isolante (
). - R_rad: Resistência térmica pela radiação na superfície externa do isolante devido à emissividade (
). - T3 (10°C): Nó de temperatura do ar frio no porão e das paredes.
Sentido da Transferência de Calor: Do nó
(80°C) para o nó
(10°C) passando por todas as resistências térmicas no caminho.
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. Determinar a taxa total de transferência de calor dessa pessoa, se a superfície exposta e a temperatura média da superfície da pessoa são
,
respectivamente. A emissividade da pessoa é
e o coeficiente de transferência de calor por convecção é de
.
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contém Ar. O Tanque está equipado com um agitador que transfere ENERGIA para o Ar a uma Taxa Constante de 4 W durante 1 h . A Massa Específica Inicial do Ar é 1,2
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c) a Variação da Energia Interna Específica do Ar, em kJ/kg.
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Uma parede feita de borracha natural separa os gases
e
a
e 750 kPa . Determine a concentração molar de
e
na parede. Dados:
Borracha: 0,00156
bar.
-B orracha:
bar.
Resp:
Resp:
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, é revestido por uma camada de isolamento em plástico com condutividade térmica
e
de espessura e. O isolamento está exposto a uma corrente de ar com temperatura igual a
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. Desprezando os efeitos da radiação na superfície externa do isolante e considerando que a temperatura da superficie do fio não pode ultrapassar
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