Vapor superaquecido flui em um tubo de aço inox (Shd 40) cujo diâmetro nominal é
. Esse tubo passa por um espaço aberto onde a temperatura é de
. A temperatura média da superfície externa do tubo é de
. Se o coeficiente de transferência de calor por convecção sobre a superfície externa do tubo é de 20
, determine a taxa de perda de calor ao longo de 50 m do tubo de vapor.
Passo 1
Então, o enunciado diz que vapor quente passa por um tubo de aço inox (schedule 40) de diâmetro nominal 1/8″ e comprimento 50 m. Fora do tubo, a temperatura ambiente é 15 °C e a superfície externa do tubo fica em média a 150 °C. O coeficiente de convecção externa é 20 W/(m²·K). Precisamos calcular a taxa de perda de calor (𝑄˙) ao longo de todo o tubo.
Conteúdo: transferência de calor por convecção. Vamos precisar:
Conteúdo: transferência de calor por convecção. Vamos precisar:
- Converter diâmetro nominal para diâmetro externo real (em metros)
- Calcular área de superfície lateral do tubo (A)
- Diferença de temperatura (ΔT)
- Usar a fórmula 𝑄˙ = h·A·ΔT
Passo 2
Primeiro, a gente pega o diâmetro nominal 1/8″ na tabela de tubos schedule 40. Esse tamanho tem diâmetro externo (𝑑ₒ) = 0,405 in. Agora converte pra metro:
Passo 3
Calcula a área lateral do tubo, que é um cilindro sem tampas:
Substituindo:
Passo 4
A diferença de temperatura entre a superfície do tubo e o ar é
Passo 5
Agora aplica a lei da convecção:
onde
h = 20 W/(m²·K),
A ≈ 1,616 m²,
ΔT = 135 K.
h = 20 W/(m²·K),
A ≈ 1,616 m²,
ΔT = 135 K.
Passo 6
Calculando numericamente:
Resposta
A taxa de perda de calor ao longo dos 50 m de tubo é de aproximadamente 4,36 kW.