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:
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 resumir o que a gente tem aqui. Temos um tubo de aço com diâmetro externo de 100 mm e interno de 80 mm, e ele está transportando um gás quente que mantém a temperatura da superfície em
. Esse tubo está isolado com lã de rocha de 30 mm de espessura, que tem uma condutividade térmica de
. O ambiente está a
e a vizinhança a
, com coeficiente de convecção de
e de radiação de
. A gente precisa determinar a taxa de transferência de calor por metro de tubo, considerando somente os efeitos convectivos do meio externo. Vamos usar conceitos de transferência de calor por condução e convecção para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos entender como o calor está se transferindo. O calor está saindo do gás quente através do tubo de aço, passando pelo isolamento de lã de rocha e, finalmente, transferindo-se para o ambiente externo por convecção. Para calcular a taxa de transferência de calor, vamos considerar as resistências térmicas da condução no tubo e no isolamento, além da resistência da convecção no ambiente externo.
Passo 3
Vamos calcular a área superficial do tubo por metro, que é necessária para determinar a transferência de calor. A área
de um tubo por metro é dada por:
Onde:
-
é o diâmetro externo do tubo. -
é o comprimento do tubo, que nesse caso é 1 metro.
Convertendo o diâmetro para metros:
Então,
Passo 4
Agora, vamos calcular a diferença de temperatura entre a superfície externa do isolamento e o ambiente. A temperatura da superfície do tubo é
e a do ambiente é
, então:
Passo 5
Vamos aplicar a Lei de Resfriamento de Newton, que relaciona a taxa de transferência de calor
com o coeficiente de convecção
, a área
e a diferença de temperatura
:
Aqui, estamos considerando apenas os efeitos convectivos, então usaremos o coeficiente de convecção fornecido de
.
Passo 6
Substituindo os valores na fórmula:
Calculando:
Resposta
A taxa de transferência de calor por metro de tubo, considerando somente os efeitos convectivos do meio externo, é aproximadamente
.
Exercícios relacionados
Uma tubo de aluminio de 80 mm de diâmetro externo transporta uma gás quente a
e possui um coeficiente de conveção de
. O tubo é isolado com dois materiais diferentes, o material 2 e o material 3 , com as seguintes condutividades
respectivamente. Sabendo que a temperatura ambiente e
, determine:
b) A temperatura da superficie entre os isolamentos (Responder no Campo - Formato )
b) A temperatura da superficie entre os isolamentos (Responder no Campo - Formato
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.
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:
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 convecçăo 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.