Um tubo de 5 cm de diâmetro externo e
de comprimento transporta um fluido a
, com coeficiente de transferência de calor por convecção de
. A espessura da parede do tubo é de 1 cm . O ar ambiente e as vizinhanças estão a
coeficiente de transferência de calor por convecçãa de
. K. O tubo é de aço com condutividade térmica de 40 W/m.K. Determine:
c) A taxa de transferência de calor considerando os efeitos da radiação na parte externa (coeficiente de transferência por rádiação de
).
c) A taxa de transferência de calor considerando os efeitos da radiação na parte externa (coeficiente de transferência por rádiação de
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um tubo de aço que transporta um fluido quente e queremos descobrir qual a taxa de transferência de calor levando em conta não só a convecção externa, mas também a radiação. Isso envolve conceitos de transferência de calor por condução, convecção e radiação. Para resolver, vamos precisar das equações dessas três formas de transferência de calor e aplicar no nosso caso específico.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as temperaturas envolvidas. O fluido dentro do tubo está a 150°C e o ambiente está a 28°C. A diferença de temperatura (ΔT) é:
Passo 3
Agora, vamos calcular a resistência térmica total do sistema. A resistência térmica impede a transferência de calor e é calculada para cada camada: convecção interna, condução pela parede do tubo e convecção externa mais radiação.
A resistência térmica total (
) é dada por:
Passo 4
Vamos calcular cada resistência separadamente. Primeiro, a resistência de convecção interna (
):
Onde:
-
(coeficiente de convecção interna) -
é a área interna do tubo
Para encontrar
, usamos o diâmetro interno do tubo. O diâmetro externo é 5 cm e a espessura da parede é 1 cm, então o interno é 5 cm - 2×1 cm = 3 cm = 0,03 m. O comprimento é 1,2 m, então:
Então:
Passo 5
Agora, a resistência de condução (
) através da parede do tubo:
Onde:
-
(diâmetro externo) -
(diâmetro interno) -
(condutividade térmica do aço) -
Calculando:
Passo 6
Em seguida, a resistência de convecção externa e radiação (
). Como ambos os processos acontecem na mesma superfície externa, os coeficientes se somam:
Então:
Onde
Passo 7
Agora, somamos todas as resistências para obter a resistência térmica total:
Passo 8
Por fim, usamos a diferença de temperatura e a resistência total para encontrar a taxa de transferência de calor (
):
Resposta
A taxa de transferência de calor considerando os efeitos da radiação na parte externa é aproximadamente 338 W.
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Um tubo de 5 cm de diâmetro externo e
de comprimento transporta um fluido a
, com coeficiente de transferência de calor por convecção de
. A espessura da parede do tubo é de 1 cm . O ar ambiente e as vizinhanças estão a
coeficiente de transferência de calor por convecçãa de
. K. O tubo é de aço com condutividade térmica de 40 W/m.K. Determine:
e) Para este mesmo isolante, determine o raio critico de isolamento. Poderia se esperar algum tipo de problema se uma espessura diferente da utilizada em (d) fosse empregada?
e) Para este mesmo isolante, determine o raio critico de isolamento. Poderia se esperar algum tipo de problema se uma espessura diferente da utilizada em (d) fosse empregada?
Um tubo de 5 cm de diâmetro externo e
de comprimento transporta um fluido a
, com coeficiente de transferência de calor por convecção de
. A espessura da parede do tubo é de 1 cm . O ar ambiente e as vizinhanças estão a
coeficiente de transferência de calor por convecçãa de
. K. O tubo é de aço com condutividade térmica de 40 W/m.K. Determine:
a) A taxa de transferência de calor no sistema;
a) A taxa de transferência de calor no sistema;
Um tubo de 5 cm de diâmetro externo e
de comprimento transporta um fluido a
, com coeficiente de transferência de calor por convecção de
. A espessura da parede do tubo é de 1 cm . O ar ambiente e as vizinhanças estão a
coeficiente de transferência de calor por convecçãa de
. K. O tubo é de aço com condutividade térmica de 40 W/m.K. Determine:
b) A temperatura da superficie externa do tubo;
b) A temperatura da superficie externa do tubo;
Um tubo de 5 cm de diâmetro externo e
de comprimento transporta um fluido a
, com coeficiente de transferência de calor por convecção de
. A espessura da parede do tubo é de 1 cm . O ar ambiente e as vizinhanças estão a
coeficiente de transferência de calor por convecçãa de
. K. O tubo é de aço com condutividade térmica de 40 W/m.K. Determine:
d) O percentual de redução da taxa de transferência de calor se uma camada isolante de 15 mm de uma espuma com condutividade de for adicionada ao tubo e desconsiderando os efeitos da radiação.
d) O percentual de redução da taxa de transferência de calor se uma camada isolante de 15 mm de uma espuma com condutividade de