Apostila_Transcal_Mecfluidos

q&
&
,
c) % Redução = − q ′ 62640 4 − 5040
× 100 =
× 100 Þ % Redução = 91, 95 %
q&
62640
Exercício R.1.3.5. Um tanque de formato cúbico é utilizado para armazenar um produto químico a 210 o C, com
coeficiente de película de 80 W/m 2 .°C. A parede do tanque é constituída de uma camada interna à base de
carbono ( k = 22 W/m.K ) de 40 mm de espessura, uma camada intermediária de refratário ( k = 0,212 W/m.K )
e um invólucro de aço ( k = 60 W/m.K) com 10 mm de espessura. Por motivo de segurança dos trabalhadores, a
temperatura da superfície externa do aço não deve ser maior que 60 °C. Considerando que a temperatura
ambiente é 30 °C, com coeficiente de película externo de 20 W/m 2 .K, determine:
a) a espessura mínima do refratário para atender a condição de segurança;
b) a temperatura da superfície externa do aço se a camada de refratário for substituída por uma de isolante ( k =
0,0289 W/m.K) de mesma espessura.
T 1
K 1 K 2 K 3
L1
= 40mm=
0,
04m
T 3
L2
= 10mm=
0,
01m
T 2
k1
= 22W m.
K
k2 = 0, 212W mK . k2′ = 0, 0289W mK .
T 5
k3
= 60 W m.
K
T 4
T 6
2
hi
= 80W m . K
2
he
= 20W m . K
o o o
T = 210 C T = 60 C T = 30 C
L 1
L 2
a) Para uma área unitária de parede ( A = 1 m2 ), o fluxo de calor poder ser calculado na película externa :
T4 − T5 60 − 30
2
q&
= = = 600 W ( p m )
1 1
hA . 20 × 1
De posse do fluxo, e considerando as resistências térmicas entre 210 e 60 °C, podemos fazer :
T1−
T5
210 − 60
q&
=
⇒ 600 =
1 L1
L2
L3
1 , L ,
+ + +
hi
. A k . A k . A k . A
× + 004
× + 2
, × + 001
1 2 3
80 1 22 1 0 212 1 60 × 1
L2 = 005 , m=
50mm
b) O novo fluxo de calor, menor devido ao uso do isolante de baixa condutividade ( k = 0,0289 W/m.K ), é
obtido considerando as duas únicas temperaturas que não variam :
T1−
T6
210 − 30
q&
′ =
=
1 L1
L2
L3
1 1 , , ,
+ + + +
h. A k . A k ′ . A k . A h . A × + 004
× + 005
, × + 001
× + 1
i 1 2 3 e
80 1 22 1 00289 1 60 1 20 × 1
2
q& = 100,3
W p m
( )
L 3
1 5 6
Novamente, na película externa, podemos obter a temperatura da superfície do aço :
T
&′ = ′− ⇒ , = ′− 5
T6 T5
30
q
100 3
⇒
1
1
he.
A
20 × 1 T′ =
o
5
35 C
Exercício R.1.3.6. Um recipiente esférico é usado para armazenar nitrogênio líquido a 77 K (ponto de
ebulição). O recipiente tem 0,5m de diâmetro interno e é isolado com uma camada de pó de sílica (k = 0,0017
W/m.K). A isolação tem 25 mm de espessura e sua superfície externa está exposta ao ar a 300 K. O coeficiente
de película externo é 20 W/m 2 .K. O calor latente de vaporização e a densidade do nitrogênio são 2x10 5 J/Kg e
804 Kg/m 3 , respectivamente. Desprezando as resistências térmicas da película interna e das paredes metálicas
do recipiente, calcular :
a) Fluxo de calor transferido para o nitrogênio
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