Paredes Radiais (2)

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Fenômenos de Transporte 2
Engenharia Química e Engenharia Ambiental
Professora Karla Miranda Barcellos
Problemas propostos - Raio crítico e parede esférica
1. Um revestimento de bakelite (isolante térmico) é usado sobre um tubo cilíndrico de 10 mm de
diâmetro, a superfície do cilindro sem isolante é mantida a 200ºC pela passagem de uma corrente
elétrica no tubo. O tubo isolado com bakelite se encontra imerso em um fluido a 25ºC, onde o
coeficiente convectivo é de 140 W/(m²K).
a. Qual é o raio crítico associado ao revestimento nestas condições?
b. Qual é a taxa de transferência de calor, por unidade de comprimento, quando o cilindro é
sem revestimento e quando é com revestimento de bakelite cuja espessura corresponde ao
raio critico?
c. Que espessura de isolante de bakelite deveria ser colocada sobre o cilindro para reduzir em
25% a transferência de calor tendo como base o valor correspondente ao bastão sem
revestimento?
2. Oxigênio líquido, que possui um ponto de ebulição de 90K (-183ªC) e um calor latente de
vaporização de 214 kJ/kg, é armazenado em um recipiente esférico que possui um diâmetro de 500
mm e cuja superfície externa está a uma temperatura de -10ºC. O recipiente é guardado em um
laboratório cujo ar e paredes se encontram a 25ºC. Se a emissividade da superfície é de 0,20 e o
coeficiente de transferência de calor associado à convecção natural na superfície externa do
recipiente é de 10 W/(m²K).
a. Determine a taxa em kg/s, na qual o vapor de oxigênio é evaporado no cilindro?
b. Para reduzir a perda de oxigênio por evaporação, uma camada de isolante deve ser aplicada
sobre a superfície externa do recipiente. Determine a redução percentual na evaporação de
oxigênio em relação ao recipiente sem isolante se utilizar uma manta isolante refletora,
(aplicação criogênica*), do tipo folha de alumínio e papel de vidro laminado, cuja
emissividade deste isolante é de 0,20 e a espessura do isolante de 10 mm.
*Explicar criogênia
3. Numa indústria farmacêutica utiliza um reator do tipo vaso esférico de parede de aço inoxidável
AISI 302, com 10 mm de espessura e diâmetro interno de 1 m. O reator se encontra num local onde
o ar ambiente esta a 25ºC, e um coeficiente de convectivo de 6 W/(m²K). Considerando que a
operação ocorra em regime estacionário, a temperatura da superfície interna é mantida a 50º através
do calor gerado pelas reações químicas no interior do reator.
a. Qual a perda de calor no reator?
b. Colocando agora uma camada de 20 mm de isolante de fibra de vidro na parede externa do
reator e se a taxa de geração de energia interna permanecer inalterada, qual será a
temperatura da superfície interna no vaso?