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 )

Passo 1

Beleza, vamos lá! O problema fala sobre um tubo de aço com diâmetros interno e externo, isolamento com lã de rocha, e diferentes condições de temperatura e transferência de calor. A gente vai precisar usar conceitos de condução de calor em cilindros e transferência de calor por convecção e radiação para achar a temperatura na superfície externa do isolamento.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar os dados que temos:
  • Diâmetro interno do tubo ( ): 80 mm = 0,08 m
  • Diâmetro externo do tubo ( ): 100 mm = 0,10 m
  • Condutividade térmica do aço ( ): 50 W/m-K
  • Temperatura na superfície do tubo ( ): 188°C
  • Espessura do isolamento ( ): 30 mm = 0,03 m
  • Condutividade térmica do isolamento ( ): 0,15 W/m-K
  • Temperatura do ambiente ( ): 35°C
  • Temperatura das vizinhanças ( ): 41,3°C
  • Coeficiente de convecção ( ): 619 W/m²-K
  • Coeficiente de radiação ( ): 7 W/m²-K

Passo 3

Vamos calcular a resistência térmica do tubo de aço ( ). Para condução de calor em cilindros, usamos:
çã
Onde é o comprimento do tubo. Como não temos o valor de , ele vai ser cancelado nas equações seguintes.
Calculando:

Passo 4

Agora, calculamos a resistência térmica do isolamento ( ). O diâmetro externo do isolamento ( ) é:
A resistência é:

Passo 5

Por último, calculamos a resistência térmica devido à convecção e radiação na superfície externa do isolamento ( ). O coeficiente total de transferência de calor é:
²
A área da superfície externa do isolamento ( ) é:
Então,

Resposta

A temperatura da superfície externa do isolamento é aproximadamente 35,93°C.

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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.
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
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
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:
d) A taxa de transferência de calor de radiação por metro de tubo considerando os efeitos convectivos e radiativos.