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
e
respectivamente. Sabendo que a temperatura ambiente é
, determine:
a) A taxa de transferencia de calor por metro de tubulação sabendo que de conveção externa é
a) A taxa de transferencia de calor por metro de tubulação sabendo que de conveção externa é
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que a gente tem aqui. Temos um tubo de alumínio com diâmetro externo de 80 mm (ou 0,08 m) que transporta um gás quente a 130°C. Esse tubo está isolado com dois materiais diferentes: o material 2 com condutividade térmica de 0,1 W/m-K e o material 3 com 0,05 W/m-K. A temperatura ambiente é de 29°C. A gente precisa calcular a taxa de transferência de calor por metro de tubulação, sabendo que o coeficiente de convecção externa é de 25 W/m²-K.
Para resolver isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por condução e convecção. Precisamos calcular a resistência térmica total do sistema e, com isso, determinar a taxa de transferência de calor.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a transferência de calor nesse sistema. O calor está se transferindo do gás quente dentro do tubo para o ambiente externo. Esse processo ocorre em duas etapas principais:
- Condução através das camadas de isolamento: O calor passa pelos materiais isolantes (material 2 e material 3).
- Convecção na superfície externa: O calor é dissipada para o ambiente pela caixa de ar em contato com a superfície externa do isolamento.
Para calcular a taxa de transferência de calor, precisamos somar as resistências térmicas dessas duas etapas.
Passo 3
Vamos calcular a resistência térmica pela condução dos materiais isolantes. A resistência térmica por condução (
) é dada por:
onde:
-
e são os raios interno e externo de cada camada, -
é a condutividade térmica do material, -
é o comprimento do tubo (vamos considerar por metro, m).
Para a camada de material 2:
- Raio externo do alumínio:
m - Raio interno do material 2:
m - Vamos supor que a espessura do isolamento seja tal que o raio externo do material 2 seja
m
Então, a resistência térmica para o material 2:
Passo 4
Agora, vamos calcular a resistência térmica para o material 3. Supondo que o raio externo do material 3 seja
m:
Passo 5
Agora, vamos calcular a resistência térmica pela convecção na superfície externa. A resistência térmica por convecção (
) é dada por:
onde:
-
é o coeficiente de convecção, -
é a área de superfície.
Considerando
m e raio externo do material 3
m, a área é:
Então, a resistência térmica por convecção:
Passo 6
Agora, somamos todas as resistências térmicas para obter a resistência total (
):
Passo 7
Com a resistência total, podemos calcular a taxa de transferência de calor (
) usando a diferença de temperatura (
) entre o interior e o ambiente:
Onde:
Então:
Resposta
A taxa de transferência de calor por metro de tubulação é aproximadamente 96,8 W/m.
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Determinar a menor dimensão Dados:
Qual a definição de rótula interna? Qual seu impacto na estrutura? Em que aplicações este elemento surge? Cite ao menos um exemplo além da ponte pré-fabricada citada em aula.
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
e
respectivamente. Sabendo que a temperatura ambiente é
, determine:
b) A temperatura da superfície entre os isolamentos (Responder no Campo - Formato )
b) A temperatura da superfície 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 convecção 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.