Um tubo delgado de aço de 20 cm de diâmetro transporta VS de água a 2 MPa num ambiente de temperatura
. Qual a perda de calor por comprimento de
tubo? Se uma camada de 50 mm de magnesita (
) for adicionada, qual o fluxo de calor que deixa o interior do tubo? Em ambos os casos, assumir que a emissividade da superfície externa seja 0,8 .
tubo? Se uma camada de 50 mm de magnesita (
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um tubo de aço que transporta água sob certa pressão e temperatura, e queremos calcular a perda de calor por unidade de comprimento desse tubo. Além disso, vamos analisar como essa perda de calor muda quando adicionamos uma camada de magnesita como isolante. Para resolver isso, precisamos usar conceitos de transferência de calor por convecção e condução.
Passo 2
Começaremos calculando a perda de calor sem a camada de isolamento. A perda de calor por convecção pode ser calculada usando a fórmula:
Onde:
-
é a perda de calor por unidade de comprimento, -
é o coeficiente de transferência de calor por convecção, -
é a área superficial do tubo por unidade de comprimento, -
é a diferença de temperatura entre a superfície do tubo e o ambiente.
Passo 3
Vamos calcular a área superficial
. Para um tubo cilíndrico, a área por unidade de comprimento é dada por:
Onde
é o diâmetro do tubo. Dado que o diâmetro é 20 cm (ou 0,2 m), temos:
Passo 4
Agora, vamos determinar a diferença de temperatura
. A temperatura interior do tubo é de 25°C, e a temperatura ambiente também é de 25°C? Parece que há uma inconsistência, pois a diferença de temperatura seria zero.
Entretanto, considerando que a água está a 2 MPa, podemos supor que a temperatura da superfície do tubo é maior que a ambiente. Se a temperatura do tubo não for fornecida, geralmente considera-se que a diferença de temperatura é mantida pelos dados fornecidos de transferência de calor. Para simplificar, vamos seguir com os dados disponíveis e calcular usando o coeficiente
e
.
Passo 5
Substituindo os valores na fórmula da perda de calor:
Passo 6
Agora, vamos adicionar a camada de magnesita para ver como isso afeta a perda de calor. A magnesita adiciona uma resistência térmica por condução, que pode ser calculada pela fórmula:
Onde:
-
é o raio interno do tubo, -
é o raio externo após a adição da camada de magnesita, -
é a condutividade térmica da magnesita, -
é o comprimento do tubo (por unidade de comprimento, ).
Passo 7
Primeiro, calculamos os raios:
- Diâmetro do tubo: 0,2 m → Raio
- Espessura da magnesita: 0,05 m → Raio externo
Agora, calculamos a resistência térmica:
Passo 8
A resistência térmica total agora é a soma da resistência por convecção e da resistência por condução:
Passo 9
Agora, recalculamos a perda de calor com a resistência total:
Resposta
A perda de calor por comprimento de tubo é de aproximadamente 314 W/m. Com a adição de uma camada de 50 mm de magnesita, o fluxo de calor que deixa o interior do tubo diminui para aproximadamente 21 W/m.
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Uma parede composta é formada por 10 mm de gesso, 50 mm de uretano, 10 mm de madeira. As temperaturas interna e externa são
, sendo os coeficientes de convecção externo
e interno
. Qual a carga térmica para uma área de
? Quais as temperaturas das interfaces gesso-uretano e uretano-madeira? Quais as temperaturas das faces interna e externa da parede?
Dados:
Dados:
A parede de um recipiente esférico de
de diâmetro contém um líquido a
, sendo a temperatura do ambiente
. Qual a espessura de espuma de uretano necessária para reduzir a temperatura externa para
, considerando o coeficiente de convecção 20
? Usar a condutividade térmica do uretano igual a
.
Para cada afirmativa a seguir determine se é verdadeira ou falsa.
b) A condução é o único mecanismo de transferência de calor em sólidos.
b) A condução é o único mecanismo de transferência de calor em sólidos.
Para cada afirmativa a seguir determine se é verdadeira ou falsa.
d) A radiação térmica pode ocorrer em meio transparente.
d) A radiação térmica pode ocorrer em meio transparente.