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:
b) A taxa de transferência de calor de condução por metro de tubo considerando os efeitos convectivos e radiativos.
b) A taxa de transferência de calor de condução por metro de tubo considerando os efeitos convectivos e radiativos.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um tubo de aço com diâmetro externo de 100 mm e interno de 80 mm. Esse tubo está transportando um gás quente que mantém a temperatura da superfície do tubo em 188°C. Estamos adicionando um isolamento de lã de rocha com 30 mm de espessura e condutividade térmica de 0,15 W/(m·K). O ambiente externo está a 35°C e a vizinhança está a 41,3°C. Temos também coeficientes de convecção de 619 W/(m²·K) e de radiação de 7 W/(m²·K).
A gente vai calcular a taxa de transferência de calor por condução por metro de tubo, considerando os efeitos convectivos e radiativos. Para isso, vamos usar conceitos de condução de calor, resistência térmica, e considerar as perdas por convecção e radiação.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as camadas pelas quais o calor está passando:
- Condução através da parede do tubo de aço: com diâmetro interno de 80 mm e externo de 100 mm.
- Condução através do isolamento de lã de rocha: com espessura de 30 mm.
- Perdas por convecção e radiação na superfície externa do isolamento.
Vamos calcular cada uma dessas resistências térmicas e depois somá-las para encontrar a resistência total. A taxa de transferência de calor será então determinada pela diferença de temperatura dividida pela resistência total.
Passo 3
Vamos começar calculando a área de transferência de calor por metro de tubo. Como o tubo é circular, a área por metro de comprimento é dada por:
Onde:
-
é o diâmetro, -
é o comprimento (1 metro).
Como vamos considerar por metro de tubo,
m. Primeiro, vamos calcular a área para a condução na parede do tubo de aço e no isolamento.
Passo 4
Primeiro, a condução através da parede do tubo de aço. A resistência térmica para condução em um cilindro é dada por:
Onde:
-
m, -
m, -
W/(m·K), -
m.
Vamos calcular isso.
Passo 5
Calculando a resistência térmica da parede do aço:
Passo 6
Agora, a condução através do isolamento de lã de rocha. A resistência térmica para condução no isolamento é:
Onde:
-
m, -
W/(m·K), -
é a área, que agora será a área externa do tubo com isolamento, m.
Então,
Passo 7
Em seguida, consideramos as perdas por convecção e radiação na superfície externa do isolamento. A resistência térmica combinada para convecção e radiação é:
Onde:
-
W/(m²·K), -
W/(m²·K), -
m².
Vamos calcular cada termo:
Então,
Passo 8
Agora, somamos todas as resistências térmicas para obter a resistência total:
Passo 9
A diferença de temperatura entre a superfície do tubo e o ambiente é:
Passo 10
Finalmente, a taxa de transferência de calor por metro de tubo é:
Resposta
A taxa de transferência de calor por condução por metro de tubo, considerando os efeitos convectivos e radiativos, é de aproximadamente 436,2 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:
d) A largura L do material para que a temperatura reduza
(Responder no Campo em Branco
)
d) A largura L do material para que a temperatura
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.
d) A taxa de transferência de calor de radiação por metro de tubo considerando os efeitos convectivos e radiativos.
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:
b) A temperatura T2 da parede, considerando uma espessura L de 25 mm
b) A temperatura T2 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 convecçăo de
e coeficiente de radiação
. Determine:
b) A taxa de transferência de calor de condução por metro de tubo considerando os efeitos convectivos e radiativos.
b) A taxa de transferência de calor de condução por metro de tubo considerando os efeitos convectivos e radiativos.