Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Fenômenos de Transporte Prof. João Felipe Bassane Engenharias 1 Capítulo 4 – Transferência de Calor – Condução 2 4.2.6) Condução de calor através de configurações cilíndricas Consideremos um cilindro vazado submetido à uma diferença de temperatura entre a superfície interna e a superfície externa: O fluxo de calor que atravessa a parede cilíndrica poder ser obtido através da equação de Fourier, ou seja : onde é o gradiente de temperatura na direção radial 3 4.2.6) Condução de calor através de configurações cilíndricas Para configurações cilíndricas a área é uma função do raio : Substituindo na equação de Fourier, obtemos : 4 4.2.6) Condução de calor através de configurações cilíndricas 5 4.2.6) Condução de calor através de configurações cilíndricas O conceito de resistência térmica também pode ser aplicado à parede cilíndrica. Devido à analogia com a eletricidade, um fluxo de calor na parede cilíndrica também pode ser representado como: 6 4.2.7) Condução de calor através de configurações esféricas Consideremos uma esfera oca submetida à uma diferença de temperatura entre a superfície interna e a superfície externa: O fluxo de calor que atravessa a parede esférica poder ser obtido através da equação de Fourier: 7 4.2.7) Condução de calor através de configurações esféricas Consideremos uma esfera oca submetida à uma diferença de temperatura entre a superfície interna e a superfície externa: 8 4.2.7) Condução de calor através de configurações esféricas O conceito de resistência térmica também pode ser aplicado à parede esférica: 9 Exercício 1 Uma parede de um forno é constituída de duas camadas : 0,20 m de tijolo refratário (k = 1,2 kcal/h·m·°C) e 0,13 m de tijolo isolante (k = 0,15 kcal/h·m·°C). A temperatura da superfície interna do refratário é 1675 °C e a temperatura da superfície externa do isolante é 145 °C. Desprezando a resistência térmica das juntas de argamassa, calcule: a) o calor perdido por unidade de tempo e por m2 de parede; b) a temperatura da interface refratário/isolante. 10 Exercício 2 Um tanque de aço ( k = 40 Kcal/h·m·°C), de formato esférico e raio interno de 0,5 m e espessura de 5 mm, é isolado com 1½" de lã de rocha ( k = 0,04 Kcal/h·m·°C). A temperatura da face interna do tanque é 220 °C e a da face externa do isolante é 30 °C. Após alguns anos de utilização, a lã de rocha foi substituída por outro isolante, também de 1½" de espessura, tendo sido notado então um aumento de 10% no calor perdido para o ambiente ( mantiveram-se as demais condições ). Determinar: a) fluxo de calor pelo tanque isolado com lã de rocha; b) o coeficiente de condutividade térmica do novo isolante; c) qual deveria ser a espessura ( em polegadas ) do novo isolante para que se tenha o mesmo fluxo de calor que era trocado com a lã de rocha. 11 Exercício 3 Um tubo de aço (k = 35 Kcal/h·m·°C) tem diâmetro externo de 3”, espessura de 0,2”, 150 m de comprimento e transporta amônia a -20 °C (convecção na película interna desprezível). Para isolamento do tubo existem duas opções : isolamento de borracha (k = 0,13 Kcal/h·m·°C) de 3” de espessura ou isolamento de isopor (k = 0,24 Kcal/h·m·°C) de 2” de espessura. Por razões de ordem técnica o máximo fluxo de calor não pode ultrapassar 7000 Kcal/h. Sabendo que a temperatura na face externa do isolamento é 40 °C, pede-se: a) As resistências térmicas dos dois isolamentos; b) Calcule o fluxo de calor para cada opção de isolante e diga qual isolamento deve ser usado; c) Para o isolante que não deve ser usado, calcule qual deveria ser a espessura mínima para atender o limite.
Compartilhar