Vapor dágua a
escoa em um tubo de aço inoxidável
com diâmetros interno e externo de 5 cm e
, respectivamente. O tubo é isolado por uma camada de
de espessura de lã de vidro
. Calor é trocado com o ar ambiente em volta, que está a
, por convecção, com um coeficiente de transferência de
. Sabendo que o coeficiente de transferência de calor por convecção dentro do tubo é de
, determine a taxa de transferência de calor para o ambiente por metro de comprimento de tubo. Resposta: (a)
(b)
©
.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício pede.
Enunciado resumido: vapor d’água a escoa dentro de um tubo de aço (diâmetro interno
, externo
,
), o tubo tem depois uma camada de lã de vidro de
(
) e o ar ambiente está a
. O coeficiente de convecção interno é
e externo
. Precisamos achar a taxa de calor por metro de tubo.
Conteúdo: resistências térmicas em série (convecção interna, condução cilíndrica no aço, condução cilíndrica na lã, convecção externa). Vamos usar as fórmulas de resistência por convecção e por condução radial em cilindros.
Enunciado resumido: vapor d’água a
Conteúdo: resistências térmicas em série (convecção interna, condução cilíndrica no aço, condução cilíndrica na lã, convecção externa). Vamos usar as fórmulas de resistência por convecção e por condução radial em cilindros.
Passo 2
Primeiro, a resistência de convecção interna.
Teoria rápida: quando um fluido escoa dentro de um tubo, a troca com a parede gera uma “resistência”
.
Aqui é a área interna por comprimento
, e
.
Então
Teoria rápida: quando um fluido escoa dentro de um tubo, a troca com a parede gera uma “resistência”
Aqui
Então
Passo 3
Agora a condução radial pelo tubo de aço.
Teoria: em cilindros concêntricos a resistência é
Teoria: em cilindros concêntricos a resistência é
Aqui
e
,
.
Passo 4
Condução radial pela lã de vidro. Mesma fórmula, agora
,
,
.
Passo 5
Convecção externa com o ar.
Passo 6
Agora a resistência total em série:
A diferença de temperatura é
.
Então a taxa de calor por metro é
Então a taxa de calor por metro é
Resposta
A taxa de transferência de calor por metro de tubo é aproximadamente
.