Vapor a
flui no interior de um tubo (
) que tem raio interno de 50 mm e raio externo de 55 mm . O coeficiente de transferência de calor por convecção entre o vapor e a parede do tubo interno é
. A superficie externa do tubo é exposta ao ar ambiente a
, com um coeficiente de transferência de calor por convecção de
. Assumindo o estado estacionário e a ausência de geração de calor, calcule a taxa de transferência de calor por metro de comprimento do tubo.
Passo 1
O enunciado descreve um tubo cilíndrico com vapor a
no interior e ar a
do lado de fora. Há convecção interna com coeficiente
, condução radial na parede do tubo de condutividade
, e convecção externa com coeficiente
. Queremos a taxa de calor por metro de comprimento, ou seja
. Vamos usar o modelo de resistências térmicas em série no regime permanente sem geração interna.
Passo 2
Escrevemos as resistências térmicas por metro de comprimento:
resistência de convecção interna
resistência de convecção interna
resistência de condução radial na parede
resistência de convecção externa
e a resistência total é
Passo 3
Substituindo
e
:
Logo
Passo 4
A taxa de calor por metro é dada por
substituindo
e
:
Passo 5
Resposta
A taxa de transferência de calor por metro de comprimento do tubo é aproximadamente