Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 3.Problemas - Ex. 202
Vapor a 200 °C flui em um tubo de ferro fundido cujos diâmetros interno e externo são e , respectivamente. O tubo é coberto com isolante de lã de vidro de 2 cm de espessura. O coeficiente de transferência de calor na superfície interna é . Se a temperatura na interface entre o tubo de ferro e o isolamento é 194 °C, a temperatura na superfície externa do isolamento é:
- 32 °C
- 45 °C
- 51 °C
- 75 °C
- 100 °C
Passo 1
Para resolvermos a questão, nosso primeiro passo é descobrirmos qual é a taxa de perda de calor . Para isto, começaremos calculando uma resistência térmica equivalente, que consiste no processo de convecção do fluido interno e condução de calor no tubo.
Percebam que precisamos considerar ambos os efeitos pois os dados de temperatura que nós temos (o que utilizaremos para calcular o ) corresponde a temperatura do fluido interno e da interface ferro fundido – isolante. Desta forma, a resistência equivalente é dada por:
Bom, percebam que a nossa resistência térmica está em função do comprimento L do tubo. Não se preocupem, pois, este termo irá desaparecer com o decorrer da questão!
Continuando, vamos calcular agora taxa de perda de calor . Portanto,
Passo 2
Agora que conseguimos determinar a taxa de perda de calor, para descobrirmos a temperatura na superfície externa do isolamento, basta aplicarmos a lei de Fourier. Ela nos diz que:
Só que esse termo é exatamente aquele calculando no final do Passo 1. É nesse momento que a magia acontece o comprimento do tubo L desaparece.
Substituindo os valores de cada uma das variáveis, vamos obter a seguinte temperatura na superfície externa da camada de isolamento:
Portanto, a resposta obtida corresponde a letra b).
Resposta
Letra b).