6 - Um reator de paredes planas foi construído em aço inox e tem formato cúbico com
de lado. A temperatura no interior do reator é
e o coeficiente de película interno é
. Tendo em vista o alto fluxo de calor, deseja-se isola-lo com lã de rocha (
) de modo a reduzir a transferência de calor. Considerando desprezível a resistência térmica da parede de aço inox e que o ar ambiente está a
com coeficiente de película
, calcular :
a) O fluxo de calor antes da aplicação da isolamento; (
)
b) A espessura do isolamento a ser usado, sabendo-se que a temperatura do isolamento na face externa deve ser igual a
c) A redução ( em % ) do fluxo de calor após a aplicação do isolamento. (1143%)
a) O fluxo de calor antes da aplicação da isolamento; (
b) A espessura do isolamento a ser usado, sabendo-se que a temperatura do isolamento na face externa deve ser igual a
c) A redução ( em % ) do fluxo de calor após a aplicação do isolamento. (1143%)
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um reator cúbico de aço inox com 2 metros de lado, funcionando a uma temperatura interna de
. O objetivo é isolar esse reator usando lã de rocha para reduzir a transferência de calor para o ambiente, que está a
. Precisamos calcular três coisas:
a) O fluxo de calor antes de aplicar o isolamento.
b) A espessura do isolamento necessária para que a temperatura na face externa seja .
c) A redução percentual do fluxo de calor após a aplicação do isolamento.
Vamos usar conceitos de transferência de calor por condução e convecção para resolver isso.
a) O fluxo de calor antes de aplicar o isolamento.
b) A espessura do isolamento necessária para que a temperatura na face externa seja
c) A redução percentual do fluxo de calor após a aplicação do isolamento.
Vamos usar conceitos de transferência de calor por condução e convecção para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o fluxo de calor antes de qualquer isolamento. Para isso, precisamos considerar a transferência de calor através das paredes do reator e pela convecção na superfície interna e externa.
A fórmula geral para o fluxo de calor
em uma superfície é:
Onde:
-
é a diferença de temperatura. -
é o coeficiente de película interno. -
é o coeficiente de película externo. -
é a condutividade térmica do material isolante. -
é a espessura do isolante.
Mas como ainda não temos isolamento, a espessura
. Então, a fórmula simplifica para:
Passo 3
Vamos identificar os valores que temos para a parte (a):
- Temperatura interna
- Temperatura ambiente
- Coeficiente de película interno
- Coeficiente de película externo
- Área das paredes do reator: como é cúbico com 2m de lado, a área total
Passo 4
Agora, vamos calcular a diferença de temperatura:
Passo 5
Substituindo os valores na fórmula simplificada:
Mas, atenção! Esse seria o fluxo por unidade de área. Como a área total é 24 m², o fluxo total de calor é:
Arredondando para o valor fornecido na questão:
Passo 6
Pronto, chegamos à resposta da parte (a).
Resposta
a) O fluxo de calor antes da aplicação do isolamento é aproximadamente
.
Exercícios relacionados
4 - Um equipamento condicionador de ar deve manter uma sala, de
de comprimento,
de largura e
de altura a
. As paredes da sala, de
de espessura, são feitas de tijolos com condutividade térmica de
e a área das janelas podem ser consideradas desprezíveis. A face externa das paredes pode estar até a
em um dia de verão. Desprezando a troca de calor pelo piso e pelo teto, que estão bem isolados, pede-se o calor a ser extraído da sala pelo condicionador ( em HP ). OBS :
)
3 - Uma parede de um aquecedor elétrico blindado é feita de uma placa de cobre (
),
x 160mm de largura e
de espessura. Para aumentar o calor transferido através da placa, 400 aletas de cobre em forma de pinos, cada uma com 4
de diâmetro e
de comprimento, são integralmente fixadas nas duas superfícies da placa (200 em cada lado). Ar quente na blindagem está a uma temperatura de
, e a circulação natural fornece um coeficiente de convecção médio de
, na superfície interior da placa. Um escoamento forçado de ar ambiente a
desenvolve um coeficiente de convecção médio de
na face externa da placa.
a) Estime a taxa de transferência de calor através da placa (Dicas: monte o circuito térmico do problema; avalie as resistências térmicas de cada conjunto de aletas).
b) Considerando o mesmo coeficiente de convecção sem aletas, determine a elevação do calor removido fornecido pelos pinos (172% - a taxa de transferência de calor sem os pinos é )
a) Estime a taxa de transferência de calor através da placa (Dicas: monte o circuito térmico do problema; avalie as resistências térmicas de cada conjunto de aletas).
b) Considerando o mesmo coeficiente de convecção sem aletas, determine a elevação do calor removido fornecido pelos pinos (172% - a taxa de transferência de calor sem os pinos é
11 - Deseja-se definir a potência de um ar-condicionado para atender a uma sala com
de largura e
de altura. Sabe-se que a temperatura do ar externo pode chegar a
e pretende-se manter a temperatura do ar interno de
. As paredes são compostas por camadas de
de pintura (
),
de reboco (
) e
de tijolos (
), e novamente reboco e pintura, com as mesmas espessuras. Na parte externa escoa um vento de
(ao longo do comprimento da
parede) e na parte interna o coeficiente de película é e a emissividade da parede é de 0,5 (desconsidere a transferência no piso, nas outras paredes e no teto). Dados:
,
.
parede) e na parte interna o coeficiente de película é
Escreva as expressões para a função
para uma onda senoidal propagando na direção negativa de
sabendose que
com as seguintes condições iniciais:
a) em
;
a)