“Todo fenômeno de transporte acontece devido à existência de uma força motriz e é mitigado pela presença de uma resistência ao fenômeno. Na mecânica dos fluidos esta força motriz é uma diferença (ou gradiente) de velocidades, muitas vezes causada por uma diferença de pressão, e a resistência eram os efeitos viscosos do escoamento. Por outro lado, na transferência de calor, a força motriz é uma diferença de temperatura, e a resistência será dada por aspectos geométricos e propriedades do material.”
Fonte: YOSHI, H.; ORTEGA, R. Fenômenos de Transporte. Maringá: UniCesumar, 2020. p. 259.
Você foi contratado como engenheiro responsável pelo setor de utilidades de uma indústria e deverá aplicar os conceitos de fenômenos de transporte para desempenhar as suas funções. Ao mapear o processo, você detectou que o vapor sai da caldeira a 320 °C (T∞,1) e escoa em um tubo de ferro fundido (k=80 W/m K), cujos diâmetros interno e externo são 5 cm (D1) e 5,5 cm (D2), respectivamente. Por meio da tubulação de ferro fundido, o vapor é transportado pelos setores da indústria de forma a garantir o perfeito funcionamento do processo. No entanto, devido ao comprimento da tubulação e para diminuir a perda de calor e, consequentemente, a condensação do vapor, o tubo de ferro fundido possui um isolamento de lã de vidro de 3 cm de espessura (k=0,05 W/m K). Mesmo com o isolamento, parte do vapor chega à superfície, onde o calor é perdido por convecção natural para o meio que se encontra a 25 °C (T∞,2). Sabendo que os coeficientes de transferência de calor por convecção no interior e no exterior do tubo são h1=60 W/m² K e h2=18 W/m² K, determine:
- a) As resistências individuais de transferência de calor do processo por comprimento de tubo.
- b) A resistência total de transferência de calor por comprimento de tubo.
- c) A taxa de transferência de calor por unidade de comprimento do tubo.
- d) A queda de temperatura na tubulação.
- e) A queda de temperatura no isolamento da tubulação.
