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Fenômenos de Transporte

Colégio Objetivo
7.5 Perda de calor a partir do tubo de vapor para ar ventoso
Um longo tubo de vapor de 10 cm de diâmetro, cuja temperatura da superfície externa é 110 °C, está localizado em uma área aberta sem proteção contra vento (Fig. 7–23). Determine a taxa de perda de calor do tubo por unidade de comprimento quando o ar está a 1 atm de pressão e 10 °C e o vento está́ soprando sobre o tubo com velocidade de 8 m/s.


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há 2 anos

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há 2 anos

Para determinar a taxa de perda de calor do tubo de vapor, podemos utilizar a fórmula da taxa de transferência de calor por convecção: Q = h * A * (Ts - Ta) Onde: Q é a taxa de perda de calor (em Watts) h é o coeficiente de transferência de calor por convecção (em Watts por metro quadrado por Kelvin) A é a área de superfície do tubo (em metros quadrados) Ts é a temperatura da superfície externa do tubo (em Kelvin) Ta é a temperatura do ar (em Kelvin) Primeiro, precisamos converter as temperaturas para Kelvin: Ts = 110 + 273 = 383 K Ta = 10 + 273 = 283 K Em seguida, podemos calcular o coeficiente de transferência de calor por convecção, que depende da velocidade do vento. Para um tubo de diâmetro grande, podemos utilizar a seguinte relação empírica: h = 0,726 * (v^0,6) Onde: h é o coeficiente de transferência de calor por convecção (em Watts por metro quadrado por Kelvin) v é a velocidade do vento (em metros por segundo) Substituindo o valor da velocidade do vento (v = 8 m/s) na fórmula, temos: h = 0,726 * (8^0,6) ≈ 7,84 W/(m²·K) A área de superfície do tubo pode ser calculada utilizando a fórmula da área de um cilindro: A = π * D * L Onde: A é a área de superfície do tubo (em metros quadrados) D é o diâmetro do tubo (em metros) L é o comprimento do tubo (em metros) Substituindo os valores fornecidos (D = 10 cm = 0,1 m), temos: A = π * 0,1 * L Agora, podemos calcular a taxa de perda de calor por unidade de comprimento (Q/L): Q/L = h * A * (Ts - Ta) Substituindo os valores calculados, temos: Q/L = 7,84 * (π * 0,1 * L) * (383 - 283) Simplificando a expressão, temos: Q/L = 78,4 * π * L * 100 Portanto, a taxa de perda de calor do tubo de vapor por unidade de comprimento é de 78,4πL * 100 Watts.

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7.2 Descongelamento de gelo fino do para-brisa de um automóvel
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7.3 – Resfriamento de folhas plásticas com ar forçado
A seção de produção de uma fábrica de plásticos coloca uma folha continua de plástico de 1,2 m de largura e 0,1 cm de espessura a uma velocidade de 9 m/min. A temperatura da folha de plástico é 95 °C quando exposta ao ar circundante, e a seção de 0,6 m de comprimento da folha de plástico é submetida ao fluxo de ar a 25 °C e velocidade de 3 m/s em ambos os lados ao longo de suas superfícies normais à direção do movimento da folha, como mostrado na Fig.7–15. Determine (a) a taxa de transferência de calor da folha de plástico para o ar por convecção forçada e radiação e (b) a temperatura da folha de plástico no final da seção de resfriamento. Considere a densidade, o calor especifico e a emissividade da folha de plástico como r = 1.200 kg/m3, cp = 1,7 kJ / kg٠°C, e ε = 0,9.


7.4 – Força de arrasto agindo sobre um tubo em um rio.
Um tubo de 2,2 cm de diâmetro externo atravessa a distância de 30 m de um rio completamente imerso na água (Fig. abaixo). A velocidade média do escoamento de água é 4 m/s, e a temperatura da água é 15 °C. Determine a força de arrasto exercida sobre o tubo.


7.7 Preaquecimento do ar pela energia geotérmica da água em banco de tubos
Em uma instalação industrial, o ar deve ser aquecido antes de entrar no forno por energia geotérmica da água a 120 °C fluindo através dos tubos de um banco de tubos localizado em um duto. O ar entra no duto a 20 °C e 1 atm a uma velocidade média de 4,5 m/s e escoa sobre os tubos na direção normal. O diâmetro externo dos tubos é de 1,5 cm e eles estão dispostos no arranjo em linha com passos longitudinal e transversal SL = ST = 5 cm. Há seis fileiras na direção do escoamento com dez tubos em cada uma, como mostrado na Fig. abaixo. Determine a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento dos tubos e a queda de pressão em todo o banco de tubos.


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