Calcular a perda de calor, por metro linear, de um tubo com diâmetro nominal de 80mm (diâmetro externo,
; diâmetro interno,
), coberto com isolação de amianto de 13 mm de espessura (
). . O tubo transporta um fluido a
com coeficiente de transmissão de calor interno convectivo de
, e está exposto a um meio ambiente a
, com coeficiente de transmissão de calor médio, no lado externo, de 20kcal/hm2
.
Passo 1
Beleza, o problema é o seguinte: a gente tem um tubo de aço (k = 37 kcal/(h·m·°C)) com diâmetro externo de 88,9 mm e interno de 77,9 mm, coberto por uma isolação de amianto de 13 mm (k = 0,16 kcal/(h·m·°C)). Dentro do tubo passa um fluido a 150 °C; do lado de dentro a troca de calor por convecção tem coeficiente hᵢ = 195 kcal/(h·m²·°C). Do lado de fora o tubo “vê” o ambiente a 27 °C, com hₒ = 20 kcal/(h·m²·°C).
Conteúdo: transferência de calor em regime estacionário por convecção e condução em geometria cilíndrica.
O que vamos precisar:
Conteúdo: transferência de calor em regime estacionário por convecção e condução em geometria cilíndrica.
O que vamos precisar:
- Converter tudo pra metros.
- Calcular as resistências térmicas – convecção interna, condução no tubo, condução no isolante, convecção externa.
- Somar as resistências e usar
.
Passo 2
Primeiro a gente define as dimensões em metros:
dᵢ = 77,9 mm = 0,0779 m
dₒ = 88,9 mm = 0,0889 m
espessura do isolante = 13 mm → raio externo do isolante:
rₒ,iso = dₒ/2 + 0,013 m = 0,0889/2 + 0,013 = 0,05745 m → diâmetro externo do isolante:
dₒ,iso = 2·0,05745 = 0,1149 m
dᵢ = 77,9 mm = 0,0779 m
dₒ = 88,9 mm = 0,0889 m
espessura do isolante = 13 mm → raio externo do isolante:
rₒ,iso = dₒ/2 + 0,013 m = 0,0889/2 + 0,013 = 0,05745 m → diâmetro externo do isolante:
dₒ,iso = 2·0,05745 = 0,1149 m
Passo 3
Agora calculamos as resistências (todas por metro de comprimento L=1 m):
-
Convecção interna:
-
Condução no tubo de aço:
-
Condução no isolante:
-
Convecção externa:
Passo 4
Somamos todas as resistências:
A diferença de temperatura é
Então a perda de calor por metro:
Basta botar os números em cada fórmula e somar.