. Um reator em forma de um cilindro vertical (com
de diâmetro
de comprimento), construído de aço inoxidável trabalha à
. Tendo em vista o alto fluxo de calor, deseja-se isolalo com uma camada de lã de rocha
para reduzir a transferência de calor. Sabendo que o ar no compartimento está a
e as suas paredes a
, calcular:
a) a taxa de calor por convecção antes do isolamento;
b) a taxa de calor por convecção após o isolamento, sabendo que a temperatura externa do isolamento deve ser igual a
;
a) a taxa de calor por convecção antes do isolamento;
b) a taxa de calor por convecção após o isolamento, sabendo que a temperatura externa do isolamento deve ser igual a
Passo 1
O enunciado descreve um reator cilíndrico de diâmetro
,m e comprimento
,m, operando à temperatura superficial
. O ar ambiente dentro do compartimento está a
. Queremos calcular a taxa de calor por convecção antes do isolamento usando a lei de resfriamento de Newton:
Para isso precisamos de:
. Área externa do cilindro
.
. Coeficiente global de convecção
.
Passo 2
Calcular a área externa do cilindro (apenas a superfície lateral, pois normalmente as bases trocam pouco calor ou podem ser negligenciadas):
Passo 3
Escrever a fórmula da convecção antes do isolamento:
Nesse ponto, o valor numérico só pode ser obtido conhecendo-se o coeficiente de convecção
.
Passo 4
Após o isolamento, a temperatura externa da lã de rocha é fixada em
. A temperatura do ar continua
, e a área externa do cilindro isolado, para fins de convecção, permanece aproximadamente
,
(caso a espessura seja pequena). A taxa de calor por convecção passa a ser
Passo 5
Conclusão: para calcular numericamente as taxas
e
é imprescindível saber o valor do coeficiente de convecção
(obtido em tabelas ou ensaio experimental). Sem esse dado não há como obter os valores numéricos pedidos.
Resposta
Não é possível determinar numericamente as taxas de calor por convecção antes e depois do isolamento sem o valor do coeficiente de convecção
.