Água quente escoa no interior de uma tubulação cilíndrica, de raios interno
e externo
, constituída de aço com condutividade térmica
. A superfície interna desse duto permanece à temperatura
. 0 ar ambiente ao redor da tubulação permanece com temperatura
e coeficiente de transferência de calor por convecção
.
a) Determine o fluxo de calor, por unidade de comprimento do duto, que é perdido para o ar ambiente.
b) Para diminuir a perda de calor, reveste-se a tubulação com uma camada de amianto de condutividade térmica
. Determine o raio crítico de isolamento e o fluxo de calor, por unidade de comprimento do duto, perdido para o ar ambiente através de uma camada de amianto com raio externo igual ao raio crítico de isolamento.
c) Determine o fluxo de calor, por unidade de comprimento do duto, perdido para o ar ambiente através de um revestimento de amianto com espessura igual a 120 mm .
a) Determine o fluxo de calor, por unidade de comprimento do duto, que é perdido para o ar ambiente.
b) Para diminuir a perda de calor, reveste-se a tubulação com uma camada de amianto de condutividade térmica
c) Determine o fluxo de calor, por unidade de comprimento do duto, perdido para o ar ambiente através de um revestimento de amianto com espessura igual a 120 mm .
Passo 1
Temos um duto cilíndrico de aço de raio interno
e raio externo
, com água interna a
. O ar ambiente está a
e o coeficiente convectivo externo é
. A condutividade do aço é
.
Para cada caso, queremos o fluxo de calor por unidade de comprimento ( ), usando o modelo de resistências térmicas em série:
– Resistência por condução radial em casca cilíndrica
Para cada caso, queremos o fluxo de calor por unidade de comprimento (
– Resistência por condução radial em casca cilíndrica
– Resistência por convecção externa
com
.
Passo 2
(a) Duto sem isolamento. As resistências são
O fluxo linear é
Passo 3
Calculando numericamente:
Passo 4
(b) Com isolamento de amianto (
).
– Raio crítico
– Raio crítico
Escolhendo raio externo do isolamento igual a
, as resistências são
Então
Passo 5
Calculando numericamente até
:
Passo 6
(c) Isolamento de espessura
em torno do aço:
Resposta
(a)
(b)
(c)
(b)
(c)