A parede plana de um tanque para armazenagem de produtos químicos é constituída de uma camada interna à base de carbono (
) de 40 mm de espessura, uma camada intermediária de refratário (
) e um invólucro de aço (
Kcal/h.m.
) com 10 mm de espessura. Com a superfície interna da camada carbono a
e o ar ambiente a
, a temperatura da superfície externa do aço não deve ser maior que 60 © C por motivos de segurança do trabalhadores. Considerando que o coeficiente de película no ar externo é
, determine :
a) a espessura mínima do refratário;
b) a temperatura da superfície externa do aço se a camada de refratário for trocada por uma de isolante (
) de mesma espessura.
a) a espessura mínima do refratário;
b) a temperatura da superfície externa do aço se a camada de refratário for trocada por uma de isolante (
Passo 1
O enunciado descreve um tanque com parede composta de três camadas (carbono, refratário e aço) em série, com convecção na face externa. A superfície interna de carbono está a
e o ar ambiente a
. Queremos (a) a espessura mínima
do refratário para que a temperatura externa do aço não exceda
; (b) a temperatura externa do aço se trocarmos o refratário por outro material de condutividade diferente, mantendo
.
Para isso aplicamos o modelo de resistências térmicas em série:
onde
Passo 2
Definimos as resistências conhecidas (em
):
Seja
. Então
A temperatura na superfície externa do aço
está ligada ao fluxo por
Para segurança impomos
, logo
Passo 3
Igualando o fluxo máximo ao modelo em série,
Então
Logo
Passo 4
Arredondando para mm, a espessura mínima do refratário é
Passo 5
Para o item (b), trocamos
por
, mantendo
m. A nova resistência do miolo é
Então a resistência total fica
O fluxo resultante é
E a temperatura externa do aço:
Resposta
(a)
(b)
(b)