Fluido refrigerante saturado (Freon R-12) a
flui através de um tubo de cobre com diâmetro interno de 20 mm e espessura de parede de 2 mm . O tubo de cobre está coberto por isolamento (
e espessura de 40 mm ). Determine o ganho de calor por metro de tubo. Os coeficientes de transferência de calor interno e externo por conveção são 500 e
, respectivamente. A temperatura do ar circundante é de
. Compare a quantidade de fluido refrigerante vaporizado por hora por metro de comprimento do tubo para o tubo com isolamento e sem isolamento. O calor latente do fluido refrigerante a
é
. R.:
(s/isolamento) e 4,6
(c/ isolamento)
Passo 1
O enunciado dá um tubo de cobre transportando fluido a
, diâmetro interno
,m e espessura de parede
,m. Fora do tubo há isolamento de espessura
,m e condutividade
,W/mK. Os coeficientes convectivos são
,W/m²K (interno) e
,W/m²K (externo). A temperatura ambiente é
. Queremos o fluxo de calor por metro de tubo, primeiro sem isolamento e depois com ele, usando o método de resistências térmicas em série, e em seguida comparar a massa de refrigerante vaporizada por hora por metro de tubo.
Passo 2
Sem isolamento, temos por metro de comprimento
,m:
– Área interna
– Área interna
– Área externa do cobre (diâmetro externo
,m)
– Resistência convectiva interna
– Resistência condutiva no cobre (
,W/mK, raios
,
m)
– Resistência convectiva externa
Somando
diferença de temperatura
,K, logo
Passo 3
Com isolamento, adiciona-se a resistência de condução no isolante e troca convectiva na face externa do isolante:
– Raio externo do isolamento ,m, área externa
– Raio externo do isolamento
– Resistência condutiva no isolante (
,W/mK)
– Resistência convectiva externa sobre o isolante
Total
portanto
Passo 4
A massa de fluido vaporizada por segundo e por metro de tubo é
onde
,J/kg.
– Sem isolamento:
– Sem isolamento:
por hora
– Com isolamento:
por hora
Resposta
Sem isolamento:
Q = 24,2 W/m,
massa vaporizada = 0,0627 kg/h·m.
Q = 24,2 W/m,
massa vaporizada = 0,0627 kg/h·m.
Com isolamento:
Q = 5,28 W/m,
massa vaporizada = 0,0137 kg/h·m.
Q = 5,28 W/m,
massa vaporizada = 0,0137 kg/h·m.