Enunciado

A temperatura dos gases de exaustão que escoam através da grande chaminé de uma caldeira é medida por um termopar que se encontra no interior de um tubo cilíndrico, conforme mostrado na figura. O eixo do tubo é orientado na direção normal à do escoamento e o termopar mede uma temperatura Tt, que corresponde à da superfície do tubo. A vazão mássica e a temperatura do gás são designadas por g e Tg, respectivamente, e o escoamento do gás pode ser considerado plenamente desenvolvido. A chaminé é fabricada com uma folha metálica que se encontra a uma temperatura uniforme Ts e está exposta ao ar ambiente a T∞ e a uma grande vizinhança a Tviz. O coeficiente convectivo associado à superfície externa do duto é designado por he, enquanto aqueles associados à superfície interna do duto e à superfície do tubo do termopar são designados por hi e ht, respectivamente. As emissividades das superfícies do tubo do termopar e do duto da chaminé são designadas por εt e εs, respectivamente.

(a)Desprezando as perdas por condução ao longo do tubo do termopar, desenvolva uma análise que possa ser usada para estimar o erro (Tg – Tt) na medida da temperatura.

(b)Admitindo que os gases de exaustão tenham as propriedades do ar atmosférico, estime o erro para Tt = 300°C, Ds = 0,6 m, Dt = 10 mm, g = 1 kg/s, T∞ = Tviz = 27°C, εt = εs = 0,8 e he = 25 W/(m2 · K).

Passo 1

Beleza galerinha, vamos lá! A determinação do erro do termopar requer a determinação da temperatura Tg do gás e a sua relação com a temperatura Tt do termopar. A partir de um balanço energético aplicado a uma superfície de controle sobre o termopar,

No entanto, os Ts são desconhecidos e devem ser determinados a partir de um balanço energético na parede da pilha.

Passo 2

Tg e Ts podem ser determinados pela resolução simultânea de Eqs. (1) e (2). Para as condições prescritas,

Assumindo (Pr/Prs) = 1, segue-se da correlação Zukauskus,

Resposta

a ) T g = T t + ε t σ h t T t 4 - T s 4

b ) T G - T t = 53 ° C

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Refrigerante-134a é transportado a 0,1 kg/s através de um tubo de Teflon com diâmetro interno Di = 25 mm e diâmetro externo De = 28 mm, enquanto ar atmosférico a V = 25 m/s e 300 K escoa em escoamento
Um procedimento usual para o resfriamento de um circuito integrado (chip) para computador de alto desempenho envolve a fixação do chip a um sumidouro de calor no interior do qual são usinados microcan
Mostre que, para a água a uma pressão de 1a t m e com T s – T s a t = 10 ° C , o número de Jakob é muito menor do que a unidade. Qual é o significado físico desse resultado? Verifique se essa conclusã
A superfície de um cilindro horizontal com 7m m de diâmetro é mantida com um excesso de temperatura de 5 ° C em água saturada a 1a t m . Estime o fluxo térmico usando uma correlação apropriada da conv
Água, saturada a 1 atm e a uma velocidade de 2 m/s, escoa sobre um elemento de aquecimento cilíndrico com 5 mm de diâmetro. Qual é a taxa máxima de aquecimento (W/m) para a ebulição em piscina?