A transferência de calor, um dos fenômenos de transporte estudados, é fundamental para diversos ramos da engenharia. Seja na refrigeração de motores, nos processos de secagem, em refinarias e reatores, no projeto de fornos, caldeiras e outras máquinas térmicas e até mesmo no projeto de um isolamento térmico adequado que garanta o conforto dos ambientes: a transferência de calor está sempre presente.
A propagação do calor entre dois sistemas pode ocorrer através de três processos diferentes: a condução, a convecção e a radiação.
Baseado no que foi apresentado nas aulas e na explicação anterior, pede-se:
a) Pesquise sobre os três processos de transferência de calor citados, explique sobre como cada um deles ocorre. Discorra sobre as diferenças entre os três processos de transferência de calor estudados, levando em consideração suas aplicações e a maneira como cada um ocorre.
b) Pesquise e explique processos em que cada um desses fenômenos são importantes nas indústrias, expondo de que forma cada um deles influencia o processo. Caso um dos processos industriais pesquisados envolva mais de um dos fenômenos, você pode optar por explicar todos os fenômenos envolvidos nele.
c) Com base no equacionamento dos processos, aponte quais as prováveis consequências, tratando-se de fenômenos de transferência de calor, no caso da escolha do material isolante errado na construção de um forno.
Soluções para a tarefa
Vamos lá, as três formas de transferência calorífera são: Radiação, Convecção, e Condução;
Radiação: É o processo que consiste na radiação de calor por meio de ondas eletromagnéticas, sendo propício a condução no vácuo, ou seja, dois corpos não precisam necessariamente estarem juntos para que ocorra a radiação, como por exemplo a terra é aquecida pelo sol mesmo sem estar em contato com o mesmo.
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Condução: É a forma de transferência que consiste na agitação molecular, para que você entenda melhor, se há um objeto, uma barra de ferro, que é propícia a essa fenômeno, ao aquecer sua ponta, as moléculas começam a agitar-se por conta do calor, e essas que estão agitadas começam a empurrar e bater nas que estão em repouso, tornando-as agitadas da mesma forma, e assim por diante, até que toda a barra esteja aquecida, é uma forma de transferência propícia a objetos sólidos.
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Convecção: É a forma de transferência em que o meio encontrado para realizar-se é entre os gases e fluidos, por exemplo: quando põe-se uma panela d'água para ferver, ao aquecê-la,torna-se menos densa que a água que está na superfície, havendo uma inversão térmica por densidade, na qual a menos densa sobe (já aquecida) e a mais densa desce, ficando aquecida também, outro exemplo disso é o ar condicionado, que é posto para cima, em que o ar frio desse por ser menos denso, e o ar quente sobe por ser mais denso, por isso o ar-condicionado é posto sempre colado ao teto da casa, ou em um local alto.
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Sobre a Condução, ela é aplicada em panelas, para que a retenção de calor seja melhor e maior, já o cabo é feito de madeira, por ser um isolante térmico, para que as moléculas aquecidas e agitadas permaneçam longe;
Sobre a Convecção, é aplicada, como eu já citei, em ar condicionados, que são postos em cima para que o ar menos denso desça e o ar mais quente suba, também aplicada em salas de pressurização;
Sobre a Radiação, pode-se ser aplicada em diversos modos, como na fogueira , que nos aquece, ou no fogão industrial, feito para aquecer materiais postos em cima dele.
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Caso o material seja escolhido errado, há chances para uma tragédia acontecer na vida de uma pessoa, como queimaduras e choque térmicos onde uma grande quantidade de calor é absorvida pelo corpo em repouso, além dos danos materiais dos objetos que foram utilizados nos processos.
Espero ter ajudado!
Resposta:
Dados
L = 60 M
r_ixterno = 6 m
k = 0,04 kcal/h.m.°C
q = 19418 kcal/h
T_externa= 350°C
T_interna = 1500°C
Lei de Fourier = Q_COND = -K A. (dt/dr) →A = 2.60
Derivando a função T(r) em função do r
T(r)=(T_int-T_ext)/ln〖(r_int/r_ext )〗 ln〖(r/r_ext )+ T_ext 〗
T^' (r)=(T_int-T_ext)/ln〖(r_int )-ln(r_ext ) 〗 .〖1/r=dt/dr〗
Qcond =-k.2.rL (T_int-T_ext)/ln〖(r_int )-ln(r_ext ) 〗 .〖1/r〗
19418 = (1500-350)/ln〖(6)-ln(r_ext ) 〗 .(-0,04).2π.60
(1500-350)/(1,79-ln(r_(ext)) ). (-15,08) = 19418
(-17342)/(1,79-ln(r_(ext)) ) = 19418
-17342= 19418.(1,79-ln(r_ext ) → -17342 = 34758,22 – 19418.ln(r_ext )
-17342 = 34758,22 = 19418.ln(r_ext ) → - 52100,22 = 19418. ln(r_ext )
ln(r_ext ) = (-52100,22)/(-19418)
ln(r_ext) = 2,683
e^(2,683)= ln(r_ext)
r_ext = 14,63 m
Portando temos que o r externo e = 14,3 m e r interno = 6 m
Calculo da espessura do material refratário ,
espessura = r_ext-r_int
espessura = 14,3 – 6 = 8,63 m
espessura = 8,63 m
Explicação: