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Forno Aquecido Por Tubo Radiante Transmissão de Calor I Introdução Para se realizar tratamentos térmicos em aço, ou até mesmo processos de laminação, essa chapa, tarugo ou placa, precisa ser aquecido até sua temperatura de tratamento. Entre algumas das formas de se realizar esse procedimento temos os fornos industriais aquecidos por Tubos Radiantes. Objetivo Dimensionar um tubo radiante para um forno com o objetivo de aquecer de um chapa de aço. Foi selecionado o aço a ser aquecido e as dimensões da chapa de aço. Após selecionado a chapa foram determinadas as hipóteses das condições físicas e o dimensionamento do forno que vamos utilizar. Em seguida foram feitos os cálculos necessários e com o auxílio de um catálogo decidimos qual o melhor tubo radiante a ser utilizado. Motivação Utilizamos como motivação para o projeto, o tratamento térmico de Têmpera de uma chapa do Aço SAE 1020; Essa chapa será elevada da temperatura ambiente (27ºC) para a temperatura do tratamento (930ºC); O aquecimento dessa chapa será proveniente de um tubo radiante; Radiação A transferência de calor por radiação se dá quando a matéria se encontra em uma temperatura não-nula, não necessitando de meio material para a propagação da energia térmica. Tal transferência se dá através de ondas eletromagnéticas. A transferência por radiação é, inclusive, mais eficaz no vácuo. Além disso, esse fenômeno ocorre tanto em sólidos, como em líquidos e gases. Tubo Radiante O tubo radiante é um tubo de aço inoxidável utilizado em instalações de combustão, particularmente em fornos metalúrgicos que explora o efeito útil da troca de calor através da radiação; Pode assumir várias formas, as mais comuns são "I", "L", "U", "W" ou "M“, “P" e "duplo P". Os gases de combustão passam através do tubo trazendo-o a uma temperatura tal que permita a troca de calor com o material; Modelos de Tubo Radiante Tubo Radiante em I Tubo Radiante em Duplo P Tubo Radiante em P Modelos de Tubo Radiante Tubo Radiante em W ou M Tubo Radiante em L Especificação do Tubo Radiante Hipóteses Considerou-se a troca de calor somente por radiação, desprezando a troca de calor por convecção; As paredes do forno são de tijolos refratários, sendo essas adiabática; O tubo radiante emite radiação difusa em todas as direções, e toda radiação que atinge os tijolos refratários são refletidas para a superfície da chapa; Considerou-se a Chapa em estudo como um Corpo Negro; As propriedades superficiais da chapa são uniformes; Considerou-se a chapa como Volume de Controle; As radiações emitidas e absorvidas são uniformemente distribuídas na superfície da chapa; Dimensões do Forno 10m 2m 2m De acordo com as especificações do tubo radiante utilizado e da chapa a ser aquecida foram dimensionadas as seguintes dimensões do forno. Revestimento Interno do Forno Na faixa de temperatura entre 1000 °C e 1550 °C são utilizados, predominantemente, tijolos refratários leves em todos os lados, classe ASTM 23 a ASTM 30 com uma densidade bruta de 0,5 a 1,1 kg/m3. Revestimento Interno do Forno Dimensões da Chapa 0,02 m 2,0 m 1,25m Propriedades do Aço SAE 1020 Propriedade Valor em Unidade Métrica Densidade (ρ) 7,872x10³ Kg/m³ Módulo de Elasticidade (E) 200 GPa Calor Específico (cp) 486 J/(Kgk) Condutividade Térmica 51,9 W/(mK) Resistividade Elétrica 1,59x10-7 Análise do Volume de Controle Radiação VC Cálculos Partindo da EDO (1) Na qual, resolvendo, temos que (2) Onde: Cálculos Através dos dados do Aço SAE 1020, podemos calcular a massa da chapa: Somados aos dados do tubo Selecionado, onde temos: Cálculos Retornando a Equação (2), aplicamos os valores encontrados e tabelados para calcular o tempo necessário para o aquecimento da chapa especificada: 20 Gráfico Temperatura X Tempo Temperatura X Tempo Temperatura X Tempo 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 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2830.6437919075152 2834.32952 60115615 2838.0152601156065 2841.7009942196528 2845.3867283236991 2849.0724624277454 2852.7581965317922 2856.4439306358386 2860.129664739884 2863.8153988439317 2867.5011329479776 2871.186867052023 2874.8726011560693 2878.5583352601161 2882.2440693641611 2885.9298034682083 2889.615537572256 2893.301271676301 2896.9870057803469 2900.6727398843936 2904.35847398844 2908.0442080924859 2911.7299421965317 2915.415676300579 2919.1014104046244 2922.7871445086707 2926.4728786127166 2930.1586127167625 2933.8443468208097 2937.5300809248552 2941.2158150289015 2944.9015491329487 2948.5872832369942 2952.2730173410409 2955.9587514450873 2959.6444855491327 2963.3302196531799 2967.0159537572258 2970.7016878612717 2974.3874219653185 2978.0731560693653 2981.7588901734107 2985.4446242774566 2989.1303583815034 2992.8160924855506 2996.501826589596 3000.1875606936414 3003.8732947976878 3007.5590289017341 3011.2447630057804 3014.9304971098268 3018.6162312138731 3022.301965317919 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maior ou menor. De acordo com o tempo disponível para o processo em questão, recurso para investimento e também espaço para o projeto do forno pode-se variar as especificações do tubo radiante e também a quantidade do mesmo. O que precisa-se considerar no momento de projetar seu forno é principalmente esse tempo disponível em sua linha de processo e o recurso que se está disposto a investir. Referências Bibliográficas INCROPERA, F.P.; DEWITT, D.P. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa, 6ª edição, LTC - Livros Técnicos e Científicos Editora S. A., R. J. 2005. http://www.rath-group.com/pt/produtos/tijolos-refratarios/tijolos-refratarios-leves-23-30/ http://www.uberta.es/confort-industria/calefaccion-radiante/tubos-radiantes-eurad http://www.favorit.com.br/sites/default/files/tabelas/acos_para_construcao_mecanica_3.html OBRIGADO!
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