As paredes de um forno são mantidas na temperatura de
. Os gases em circulação (
) dentro do forno encontram-se na temperatura de
. Dentro do forno circula uma longa tubulação metálica (
e diâmetro externo de 150 mm ) com vapor de água na temperatura de
. Calcular a taxa de transferência de calor, por unidade de comprimento na superfície do tubo.
Passo 1
Vamos resumir o problema: Temos um forno com paredes a
e gases circulando na mesma temperatura. Dentro do forno, há uma tubulação metálica longa com diâmetro externo de 150 mm, onde circula vapor de água a
. Precisamos calcular a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento na superfície do tubo. Para resolver isso, vamos utilizar conceitos de transferência de calor por convecção e radiação.
Passo 2
Primeiro, identificamos as temperaturas envolvidas:
- Temperatura das paredes do forno,
- Temperatura do vapor na tubulação,
Passo 3
Como as paredes do forno e os gases estão à mesma temperatura, a transferência de calor ocorre principalmente por convecção entre as paredes e a superfície externa da tubulação. A fórmula para a transferência de calor por convecção é:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor (W/m) -
é o coeficiente de transferência de calor por convecção ( ) -
é a área de transferência de calor por unidade de comprimento (m²/m = m) -
é a diferença de temperatura entre a parede e o vapor
Passo 4
Calculamos a diferença de temperatura:
Passo 5
Determinar a área de transferência de calor por unidade de comprimento da tubulação. A área externa por unidade de comprimento de um cilindro é dada por:
Onde
é o diâmetro externo:
Passo 6
Agora, substituímos os valores na equação da convecção:
Resposta
A taxa de transferência de calor por unidade de comprimento na superfície do tubo é de aproximadamente
.