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 .

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