Vapor superaquecido flui em um tubo de aço inox (Shd 40) cujo diâmetro nominal é 1 / 8 in. Esse tubo passa por um espaço aberto onde a temperatura é de 15^circ C. A temperatura média da superfície externa do tubo é de 150^circ C. Se o coeficiente de transferência de calor por convecção sobre a superfície externa do tubo é de 20 W /(m^2 K), 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:
  • 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:
0,405;in times 25,4;mmin = 10,287;mm = 0,010287;m

Passo 3

Calcula a área lateral do tubo, que é um cilindro sem tampas:
A = pi,do,L
Substituindo:
A = pi times 0,010287;m times 50;m = pi times 0,51435;m^2 approx 1,616;m^2

Passo 4

A diferença de temperatura entre a superfície do tubo e o ar é
De

Passo 5

Agora aplica a lei da convecção:
dot Q = h , A ,De
onde
h = 20 W/(m²·K),
A ≈ 1,616 m²,
ΔT = 135 K.

Passo 6

Calculando numericamente:
dot Q = 20 ;Wm^2cdotK times 1,616;m^2 times 135;K approx 20 times 218,16 approx 4,363;W

Resposta

A taxa de perda de calor ao longo dos 50 m de tubo é de aproximadamente 4,36 kW.

Exercícios relacionados