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.
Passo 1
Vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. Temos um tubo de aço com certas dimensões e propriedades térmicas, envolvido por uma camada de isolamento de lã de rocha. A temperatura da superfície do tubo é de
. O tubo está em um ambiente com temperatura de
e uma vizinhança a
. Sabemos os coeficientes de convecção e radiação. Precisamos determinar a taxa de transferência de calor por convecção externa por metro de tubo, considerando tanto os efeitos convectivos quanto os radiativos.
Para resolver isso, vamos utilizar os conceitos de transferência de calor por convecção e radiação. Precisaremos aplicar as fórmulas que relacionam a taxa de transferência de calor com os coeficientes de transferência e as diferenças de temperatura.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a área externa do tubo por metro de comprimento. O diâmetro externo do tubo é
, que convertemos para metros:
O perímetro externo por metro de tubo é:
Então, a área externa por metro de tubo é:
Passo 3
Agora, vamos calcular a taxa de transferência de calor por convecção. A fórmula para transferência de calor por convecção é:
Onde:
-
é o coeficiente de convecção ( ), -
é a área externa ( ), -
é a diferença de temperatura entre a superfície do tubo e o ambiente.
A diferença de temperatura para a convecção é:
Então, substituindo na fórmula:
Passo 4
Vamos calcular o valor numérico de
:
Passo 5
Agora, vamos calcular a taxa de transferência de calor por radiação. A fórmula para transferência de calor por radiação é:
Onde:
-
é o coeficiente de radiação ( ), -
é a constante de Stefan-Boltzmann (geralmente ), mas como já está fornecida em forma de coeficiente efetivo, usaremos diretamente, -
é a área externa ( ), -
é a diferença de temperatura entre a superfície do tubo e a vizinhança.
A diferença de temperatura para a radiação é:
Então, substituindo na fórmula:
Passo 6
Calculando o valor numérico de
:
Passo 7
Finalmente, para encontrar a taxa total de transferência de calor considerando ambos os efeitos, basta somar as contribuições da convecção e da radiação:
Resposta
A taxa de transferência de calor de convecção externa por metro de tubo, considerando os efeitos convectivos e radiativos, é aproximadamente
.
Exercícios relacionados
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.
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:
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.
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
.