4- Um reator em uma indústria trabalha a
em um local onde a temperatura ambiente é
e o coeficiente de película externo é
. O reator foi construído de aço inox (
) com 2 m de diâmetro e 3 m de altura. Tendo em vista o alto fluxo de calor, deseja-se aplicar uma camada de isolante (
e
) para reduzir a transferência de calor a
da atual. Desconsiderando as resistências térmicas que não podem ser calculadas, pede-se:
a) O fluxo de calor antes da aplicação do isolamento.
b) A parcela transferida por convecção após o isolamento, desprezar a
variação da área externa devido ao acréscimo da espessura isolante.
c) A espessura do isolante a ser usada nas novas condições sabendo-se que a temperatura externa do isolamento deve ser
.
a) O fluxo de calor antes da aplicação do isolamento.
b) A parcela transferida por convecção após o isolamento, desprezar a
variação da área externa devido ao acréscimo da espessura isolante.
c) A espessura do isolante a ser usada nas novas condições sabendo-se que a temperatura externa do isolamento deve ser
Passo 1
Temos um reator cilíndrico de diâmetro
e altura
, operando à temperatura interna de
num ambiente a
. O coeficiente de película externo é
e a parede de aço inox tem emissividade
.
Conteúdo: transferência de calor por convecção natura adiação (antes do isolamento) e condução radial em casca cilíndrica (após isolamento).
Conteúdo: transferência de calor por convecção natura
Passo 2
a) Calcular o fluxo de calor sem isolamento.
- Converter temperaturas para Kelvin:
- Calcular o coeficiente de radiação linearizado:
onde
. Substituindo,
- O coeficiente total é
- Área lateral do cilindro (desprezando tampas):
- Fluxo de calor total:
Passo 3
b) Após isolamento, deseja-se reduzir
a
do original, logo
Para saber a fração por convecção na superfície externa do isolante, usamos a temperatura externa dada em (c),
.
- Coeficiente de radiação do isolante
:
- Coeficiente total na superfície do isolante:
- A fração de fluxo por convecção é
Passo 4
c) Determinar espessura
do isolante (condutividade
) para que a superfície externa fique em
e o fluxo seja
.
Na condução radial em casca cilíndrica:
Na condução radial em casca cilíndrica:
onde
e
.
- Calcular
- Logo
de onde
Resposta
a)
b) A parcela por convecção é cerca de .
c) Espessura do isolante .
b) A parcela por convecção é cerca de
c) Espessura do isolante