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
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício passo a passo! A questão fala sobre transferência de calor em um tubo de aço que transporta um fluido quente. A gente vai precisar usar conceitos de condução e convecção de calor para calcular como a adição de uma camada isolante afeta a taxa de transferência de calor. Vamos precisar das fórmulas de resistência térmica para condução e convecção.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que temos sem a camada isolante. O tubo tem um diâmetro externo de 5 cm, então o diâmetro interno será 5 cm menos duas vezes a espessura da parede (1 cm). Assim, o diâmetro interno é 3 cm.
Convertendo para metros:
- Diâmetro interno (
) = 3 cm = 0,03 m - Raio interno (
) = = 0,015 m - Diâmetro externo (
) = 5 cm = 0,05 m - Raio externo (
) = = 0,025 m
Passo 3
Agora, vamos calcular as resistências térmicas:
-
Convecção interna (
): Ondee . -
Condução pela parede do tubo (
): Ondee . -
Convecção externa (
): Ondee .
Vamos calcular cada uma dessas resistências.
Passo 4
Calculando
e
:
Calculando
:
Calculando
:
Calculando
:
Passo 5
Agora, somamos todas as resistências para encontrar a resistência total sem a camada isolante (
):
Usando a diferença de temperatura entre o fluido e o ambiente (
), a taxa de transferência de calor sem isolamento (
) é:
Passo 6
Agora, vamos adicionar a camada isolante de 15 mm (0,015 m) com condutividade térmica
.
A nova resistência térmica será a resistência da condução da isolação (
):
Onde
.
Calculando o novo raio externo com a isolação:
Calculando
:
Agora, a resistência total com a isolação (
):
A nova taxa de transferência de calor (
) é:
Resposta
A adição da camada isolante reduz a taxa de transferência de calor em aproximadamente 83,5%.
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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:
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
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. 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 ).
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Após o crepúsculo (pôr do Sol), a energia radiante pode ser sentida ao se aproximar de um muro de tijolos. Se este muro tem temperatura de aproximadamente
e emissividade igual a 0,85 e a temperatura do corpo humano é de
. Determine o fluxo de calor radiante global para
desse muro.
Uma superfície de
apresenta temperatura de
e está em contado com um meio fluido de temperatura igual a
, considerando que o coeficiente de transferência de calor entre a superfície e o meio seja de
. Determine o fluxo de calor.