Questão 2 – Um tubo de aço inoxidável (AISI 304, k = 75 W/m.K) utilizado para transportar produtos farmacêuticos resfriados tem diâmetro interno de...

a) Para calcular o ganho de calor por unidade de comprimento do tubo, é necessário calcular o fluxo de calor através do tubo. O fluxo de calor pode ser calculado usando a Lei de Fourier: q = (2πkL / ln (r2 / r1)) (T1 - T2) Onde: k = condutividade térmica do aço inoxidável (75 W/m.K) L = comprimento do tubo (1 m) r1 = raio interno do tubo (0,032 / 2 = 0,016 m) r2 = raio externo do tubo (0,032 + 2 x 0,0033 / 2 = 0,0393 m) T1 = temperatura interna do tubo (4 ºC) T2 = temperatura externa do tubo (23 ºC) Substituindo os valores na equação, temos: q = (2π x 75 x 1 / ln (0,0393 / 0,016)) (4 - 23) = - 1.536,5 W/m Portanto, o ganho de calor por unidade de comprimento do tubo é de 1.536,5 W/m. b) Para calcular o ganho de calor por unidade de comprimento do tubo com a camada de isolamento, é necessário calcular a resistência térmica da camada de isolamento e adicionar à resistência térmica do tubo. A resistência térmica pode ser calculada usando a equação: R = (ln (r2 / r1)) / 2πkisL Onde: kis = condutividade térmica do isolamento (0,050 W/m.K) L = comprimento do tubo (1 m) Substituindo os valores na equação, temos: R = (ln (0,0393 / 0,016)) / 2π x 0,050 x 1 = 0,045 K/W A resistência térmica do tubo pode ser calculada usando a equação: Rtubo = 1 / (hi x 2π x r1 x L) + ln (r2 / r1) / (2πkL) + 1 / (he x 2π x r2 x L) Onde: hi = coeficiente de transferência de calor interno (90 W/m2.K) he = coeficiente de transferência de calor externo (10 W/m2.K) Substituindo os valores na equação, temos: Rtubo = 1 / (90 x 2π x 0,016 x 1) + ln (0,0393 / 0,016) / (2π x 75 x 1) + 1 / (10 x 2π x 0,0393 x 1) = 0,019 K/W A resistência térmica total é a soma das resistências térmicas do tubo e da camada de isolamento: Rtotal = Rtubo + Risolamento = 0,019 + 0,045 = 0,064 K/W O fluxo de calor pode ser calculado usando a equação: q = (T1 - T2) / Rtotal Substituindo os valores na equação, temos: q = (4 - 23) / 0,064 = - 296,9 W/m Portanto, o ganho de calor por unidade de comprimento do tubo com a camada de isolamento é de 296,9 W/m.