2- Um reator de paredes foi construído em aço inox e tem formato cúbico com 2 M de lado. A temperatura no interior do reator é de 600 graus e o coeficiente de película interno é
. Tendo em vista o alto fluxo de calor, deseja-se isolá-lo lá de rocha (
) de modo a reduzir a transferência de calor. Considerando desprezível a resistência térmica da parede de aço inox e que o ar ambiente está a
com o coeficiente de película
. Calcular:
a) O fluxo de calor antes da aplicação do isolamento;
b) A espessura do isolamento a ser usado, sabendo-se que a temperatura do isolamento na face externa deve ser igual a
;
c) A redução (em%) do fluxo de calor após a aplicação do isolamento.
a) O fluxo de calor antes da aplicação do isolamento;
b) A espessura do isolamento a ser usado, sabendo-se que a temperatura do isolamento na face externa deve ser igual a
c) A redução (em%) do fluxo de calor após a aplicação do isolamento.
Passo 1
O enunciado descreve um reator cúbico de aço inox com lado de
,m, temperatura interna
e coeficiente de película interna
,
. O ar ambiente está a
com coeficiente de película externa
,
. Vamos calcular a) o fluxo de calor sem isolamento, b) a espessura
do isolamento (condutividade
,
) para que a temperatura da face externa do isolamento seja
, e c) a redução percentual do fluxo após o isolamento.
Passo 2
Antes do isolamento, a resistência térmica total por área combina convecção interna e externa:
A área total do cubo é
Logo, o fluxo de calor é
Calculando passo a passo:
Passo 3
Após o isolamento, queremos que a face externa do isolamento fique a
. Primeiro obtemos o fluxo usando a película externa:
Em seguida, determinamos a espessura
usando o equilíbrio entre a temperatura na interface metal–isolamento
, a queda por convecção interna e a queda por condução no isolamento. Temos
A queda de temperatura na camada isolante é
Substituindo valores:
Passo 4
A redução percentual do fluxo é
Resposta
a)
b)
c) Redução de aproximadamente .
b)
c) Redução de aproximadamente