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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 8º - Capítulo 3.Problemas - Ex. 20

Uma parede composta separa gases de combustão a 2400 ° C de um líquido refrigerante a 100 ° C , com coeficientes de transferência de calor no lado do gás e no do líquido iguais a 25 e 1000   W / ( m 2 · K ) . A parede é composta por uma camada de espessura igual a 12   m m de óxido de berílio no lado do gás e uma placa de 24   m m de espessura de aço inoxidável (AISI 304) no lado do líquido. A resistência de contato entre o óxido e o aço é de 0,05   m 2 · K / W . Qual é a perda de calor por unidade de área da superfície na parede composta? Esboce a distribuição de temperaturas do gás para o líquido.

Passo 1

Bora resolver essa questão comigo?

Pegue um papel e lápis, se ajeite na cadeira e vamos lá!

Começamos o nosso problema calculando o fluxo de calor:

q ' ' = T ∞ , 1 - T ∞ , 2 1 h 1 + R A + R t , c + R B + 1 h 2

Abrindo a nossa equação:

q ' ' = T ∞ , 1 - T ∞ , 2 1 h 1 + L A k A + R t , c + L B k B + 1 h 2

Obtemos pela Tabela A.1 que:

k A = 21,5   W / m ⋅ K

k B = 25,4   W / m ⋅ K

Substituindo os dados:

q ' ' = 2400 - 100 1 25 + 0,012 21,5 + 0,05 + 0,024 25,4 + 1 1000

q ' ' = 24864   W / m 2

Passo 2

Agora, vamos calcular as temperaturas de superfície.

T s , 1 :

q ' ' = h 1 T ∞ , 1 - T s , 1

24864 = 25 ⋅ ( 2400 - T s , 1 )

T s , 1 = 1405 ° C

T c , 1 :

q ' ' = h 2 T s , 1 - T c , 1

24864 = 1000 ⋅ ( 1405 - T c , 1 )

T c , 1 = 1 380 ° C

T c , 2 :

q ' ' = T c , 1 - T c , 2 R t , c

24864 = 1380 - T c , 2 0,05

T c , 2 = 137 ° C

T s , 2 :

q ' ' = R B ⋅ ( T c , 2 - T s , 2 )

q ' ' = k B L B ⋅ ( T c , 2 - T s , 2 )

24684 = 25,4 0,024 ⋅ ( 137 - T s , 2 )

T s , 2 = 114 ° C

Passo 3

Por fim, esboçando a distribuição de temperaturas do gás para o líquido:

Resposta

q ' ' = 24864   W / m 2

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