Um tubo de aço padrão, com diâmetro interno de 2,067 in e espessura de parede de 0,154 in, transportando vapor está isolado com 2 in de magnésia, coberta por 2 in de cortiça. Estime a perda de calor por hora, por pé cúbico, se a superficie interna do tubo está a
e a superficie externa da cortiça está a
.
Dados:
Dados:
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um tubo de aço com algumas camadas de isolamento, e precisamos calcular quanta energia térmica ele está perdendo por hora, por pé cúbico. Para resolver isso, vamos usar conceitos de transferência de calor, especificamente a resistência térmica em diferentes camadas.
Passo 2
Primeiro, vamos entender as camadas que o calor precisa atravessar:
- Aço: O tubo em si.
- Magnésia: Uma camada de isolamento.
- Cortiça: Outra camada de isolamento.
Cada uma dessas camadas tem uma condutividade térmica diferente, que indica quão bem cada material conduz o calor.
Passo 3
Vamos anotar os dados que temos:
- Diâmetro interno do aço: 2,067 polegadas
- Espessura do aço: 0,154 polegadas
- Espessura da magnésia: 2 polegadas
- Espessura da cortiça: 2 polegadas
- Temperatura interna: 250°F
- Temperatura externa: 90°F
- Condutividades térmicas:
- Aço (
): 26,1 Btu/(h·ft·°F) - Magnésia (
): 0,04 Btu/(h·ft·°F) - Cortiça (
): 0,03 Btu/(h·ft·°F)
- Aço (
Passo 4
Primeiro, precisamos converter todas as medidas para pés, já que as condutividades estão em pés:
- 1 polegada = 1/12 pés
Então:
- Diâmetro interno:
- Espessura do aço:
- Espessura da magnésia e cortiça já estão em pés (2 ft cada).
Passo 5
Agora, calculamos o diâmetro externo do aço:
Passo 6
Em seguida, calculamos os diâmetros externos das camadas de magnésia e cortiça:
-
Magnésia:
-
Cortiça:
Passo 7
Vamos calcular a resistência térmica de cada camada. A resistência térmica para uma parede cilíndrica é dada por:
onde:
-
: Diâmetro externo da camada -
: Diâmetro interno da camada -
: Condutividade térmica -
: Comprimento do tubo (vamos considerar por pé cúbico, então )
Passo 8
Calculando
para cada camada:
-
Aço:
-
Magnésia:
-
Cortiça:
Passo 9
Agora, somamos todas as resistências térmicas para obter a resistência total:
Passo 10
Finalmente, usamos a diferença de temperatura para calcular a perda de calor por hora, por pé cúbico:
Resposta
A perda de calor é aproximadamente
.
Exercícios relacionados
Partículas catalíticas de 0,2 in de diâmetro são fluidizadas com ar a 1 atm e
em um tubo cilíndrico vertical a uma taxa de
. A densidade das partículas sólidas é
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a. se a taxa de ar dada é apenas suficiente para começar a fluidização, calcule o diâmetro da coluna.
b. se a velocidade do ar é aumentada para duas vezes a velocidade mínima requerida para a fluidização e a altura do leito expandido é de , encontre a massa total de sólidos do leito fluidizado.
Dados: Pa.s
a. se a taxa de ar dada é apenas suficiente para começar a fluidização, calcule o diâmetro da coluna.
b. se a velocidade do ar é aumentada para duas vezes a velocidade mínima requerida para a fluidização e a altura do leito expandido é de
Dados:
Determinar a área transversal (pelo método Kynch e pelo método Biscaia) e a altura de um espessador para tratar
de licor sulfítico a
. A concentração de sólidos na alimentação é de
e no lodo de 16,5
. A densidade do sólido é de
. Uma amostra do referido licor foi submetida a um teste de proveta a
conforme resultados mostrados na tabela abaixo:
|
0 | 2 | 6 | 12 | 20 | 30 | 45 | 70 | 100 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
40,0 | 31,5 | 25,0 | 20,5 | 16,0 | 13,0 | 11,2 | 10,4 | 10,2 |
Dados:
Um fio de cobre de 0,040 in de diâmetro está isolado uniformemente com plástico a um diâmetro externo de 0,12 in e está exposto a um ambiente a
. 0 coeficiente de transferência de calor da superficie externa do plástico é 1,5 Btu /
. Qual a corrente permanente, em ampéres, que o fio pode transportar sem aquecer qualquer porção do plástico acima da temperatura limite de operação de
.
Dados: ;
.
Dados:
Considere o escoamento de um fluido compressível em uma tubulação cilíndrica. O fluido entra na tubulação a uma temperatura constante ( Te ) e a vizinhança do sistema (trocador de calor) encontra-se a temperatura constante (TW). Logo, pode ocorrer o resfriamento/aquecimento do fluido. Baseado nas considerações, apresentadas a seguir, obtenha as equações diferenciais que descrevem o processo. (i) regime permanente; (ii) escoamento laminar; (iii) variação de energia cinética e potencial desprezível; (iv) Condutividade térmica e calor específico são funções lineares da temperatura; (v) não ocorre mudança de fase.