Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 65
65 - Uma prática comum em plantas de processamento químico é o revestimento do isolamento de tubulações com uma folha de alumínio espessa e durável. As funções da folha de alumínio são proteger a camada de isolamento e reduzir a transferência de calor por radiação para a vizinhança. Devido à presença de cloro (em unidades de cloro ou próximas ao mar), a superfície da folha de alumínio, que se encontra inicialmente brilhante, se torna fosca após algum tempo de serviço. Tipicamente, a emissividade dessa superfície pode variar de na sua instalação até com o serviço prolongado. Em uma tubulação revestida com folha de alumínio com de diâmetro e temperatura superficial de , esse aumento na emissividade da superfície devido à degradação do seu acabamento irá afetar de maneira significativa a perda de calor na tubulação? Considere duas situações com a vizinhança e o ar ambiente a : (a) ar quiescente e (b) vento em direção cruzada a uma velocidade de .
Passo 1
A temperatura de filme nesse caso é dada por:
Passo 2
Obtenha as propriedades da tabela A.4, “Propriedades termo físicas dos gases à pressão atmosférica”
À temperatura de .
Viscosidade cinemática é:
Condutividade térmica é:
A difusividade térmica é:
O número Prandtl é:
O Coeficiente de expansão é:
Passo 3
Calcule a perda de calor por unidade de comprimento do tubo usando a relação,
Aqui, é o coeficiente de transferência de calor por convecção, é a constante de Stefan Boltzmann e é a emissividade da placa, é o perímetro do tubo e é o diâmetro do tubo.
Passo 4
O número Rayleigh pode ser calculado com a seguinte relação:
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Passo 5
Portanto, temos que o número de Nusselt é:
Passo 6
O coeficiente convectivo de transferência de calor do ar é determinado a partir da equação dada por:
Reescreva para achar :
Passo 7
Agora que temos todas as informações, basta calcularmos a taxa de transferência de calor.
Para :
Portanto, a perda de calor para é .
Para :
Portanto, a perda de calor para é .
Passo 8
Para condições de vento cruzado,
Encontre o número de Reynolds usando a relação,
Calcule o número de Nusselt usando a relação,
Obtenha os valores de e Na tabela 7.2, “constantes da equação do cilindro circular em fluxo cruzado” no livro didático.
Dessa forma:
Agora conseguimos calcular o coeficiente de transferência de calor usando a relação:
Passo 9
Agora que temos todas as informações, basta calcularmos a taxa de transferência de calor.
Para :
Portanto, a perda de calor para é .
Para :
Portanto, a perda de calor para é .
Resposta
a) Sim
b) Não