Um tubo de aço de 100 mm de diámetro externo e 80 mm de diâmetro interno com condutividade térmica de
transporta um gás quente que mantêm a temperatura da superficie a
. Realiza-se o isolamento com la de rocha com espessura de 30 mm e com condutividade térmica
. Sabendo que o tubo está em um ambiente a
que a vizinhança está a
com coeficiente de convecção de
e coeficiente de radiação
. Determine:
a) A taxa de transferencia de calor por metro de tubo considerando somente os efeitos convectivos do meio externo.
a) A taxa de transferencia de calor por metro de tubo considerando somente os efeitos convectivos do meio externo.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre um tubo de aço que transporta um gás quente e está isolado com lã de rocha. Queremos descobrir a taxa de transferência de calor por metro de tubo, considerando apenas os efeitos convectivos do meio externo. Para resolver isso, vamos usar conceitos de condução e convecção de calor, aplicando as fórmulas apropriadas para cada etapa do isolamento.
Passo 2
Primeiro, vamos entender as camadas envolvidas na transferência de calor:
- Tubo de aço: Tem diâmetro externo de 100 mm e interno de 80 mm, com condutividade térmica
. - Isolamento de lã de rocha: Espessura de 30 mm (
) e condutividade térmica . - Ambiente externo: Temperatura de
e temperatura da vizinhança a , com coeficiente de convecção .
Passo 3
Vamos considerar que a transferência de calor ocorre de forma radial, ou seja, do interior do tubo para o ambiente externo, passando pelas camadas de aço e isolamento. A taxa de transferência de calor (
) pode ser calculada usando a fórmula para condução de calor em cilindros e depois aplicando a convecção no ambiente externo.
Passo 4
Primeiro, calculamos a resistência térmica total (
), que é a soma das resistências térmicas da parede do aço, do isolamento e da convecção externa:
Passo 5
Calculamos cada resistência térmica individualmente.
Resistência térmica da parede do aço (
):
Usamos a fórmula para condução em cilindros:
Onde:
-
-
-
(por metro de tubo) -
Substituindo:
Passo 6
Resistência térmica do isolamento de lã de rocha (
):
Novamente, usando a condução em cilindros, agora com o isolamento:
Onde:
-
- Espessura do isolamento = 0,03 m, então
-
Substituindo:
Passo 7
Resistência térmica da convecção externa (
):
Usamos a fórmula da resistência térmica para convecção:
Onde:
-
- Área externa do isolamento:
Substituindo:
Passo 8
Agora, somamos todas as resistências térmicas para obter a resistência total:
Passo 9
Com a resistência total, podemos calcular a taxa de transferência de calor (
) usando a diferença de temperatura entre o interior do tubo e o ambiente externo:
Onde:
Substituindo:
Resposta
A taxa de transferência de calor por metro de tubo, considerando somente os efeitos convectivos do meio externo, é aproximadamente 303,18 W/m.
Exercícios relacionados
Uma parede é composta por quatro materiais isolantes, o material 1 é um anti-chamas de condutividade de
, o material 2 é um isolante com condutividade de
, o material 3 é um impermeabilizante com condutividade de
e o material 4 é estrutural com condutividade de
. Sabendo que são conhecidas as temperaturas
e
. Determine:
c) A taxa de transferência de calor por metro de parede
c) A taxa de transferência de calor por metro de parede
Um tubo de aço de 100 mm de diámetro externo e 80 mm de diâmetro interno com condutividade térmica de
transporta um gás quente que mantêm a temperatura da superficie a
. Realiza-se o isolamento com la de rocha com espessura de 30 mm e com condutividade térmica
. Sabendo que o tubo está em um ambiente a
que a vizinhança está a
com coeficiente de convecção de
e coeficiente de radiação
. Determine:
c) A taxa de transferência de calor de convecção externa por metro de tubo considerando os efeitos convectivos e radiativos.
c) A taxa de transferência de calor de convecção externa por metro de tubo considerando os efeitos convectivos e radiativos.
Um tubo de aço de 100 mm de diámetro externo e 80 mm de diâmetro interno com condutividade térmica de
transporta um gás quente que mantêm a temperatura da superficie a
. Realiza-se o isolamento com la de rocha com espessura de 30 mm e com condutividade térmica
. Sabendo que o tubo está em um ambiente a
que a vizinhança está a
com coeficiente de convecção de
e coeficiente de radiação
. Determine:
e) A temperatura da superficie externa do isolamento considerando os efeitos convectivos e radiativos. (Responder no Campo em Branco - Formato )
e) A temperatura da superficie externa do isolamento considerando os efeitos convectivos e radiativos. (Responder no Campo em Branco - Formato
Uma parede é composta por quatro materiais isolantes, o material 1 é um anti-chamas de condutividade de
, o material 2 é um isolante com condutividade de
, o material 3 é um impermeabilizante com condutividade de
e o material 4 é estrutural com condutividade de
. Sabendo que são conhecidas as temperaturas
e
. Determine:
a) A temperatura T1 da parede, considerando uma espessura L de 25 mm
a) A temperatura T1 da parede, considerando uma espessura L de 25 mm