Compare a perda de calor de um tubo sem isolamento com um tubo isolado cujas dimensões são:
, cuja condutividade média é de
.K. No interior deste tubo escoa um fluido a temperatura de
, o que proporciona um coeficiente de convecção interno de
.K. Este tubo fica exposto à temperatura ambiente com valor médio de
, e o coeficiente de convecção associado (convecção natural mais efeitos da radiação) com valor de 15
.K. O isolamento é feito com espuma elastomérica espessura de
e
Passo 1
Beleza, vamos recapitular o que o exercício pede. Temos um tubo de metal (k = 395 W/m·K) com diâmetro interno de 9,5 mm e externo de 12,7 mm por onde passa um fluido a 85 °C. Do lado de fora está o ar a 20 °C. O coeficiente de convecção interno é
W/m²·K e externo
W/m²·K. Queremos comparar a perda de calor por metro de tubo sem isolamento e com um isolante de espuma de espessura 9 mm (k_iso = 0,033 W/m·K). O conteúdo é transferência de calor por condução e convecção em geometria cilíndrica. Vamos usar o conceito de resistências térmicas em série.
Passo 2
Primeiro, a gente converte diâmetros em raios e passa tudo pra metro:
Pra tubos usamos resistências por metro de comprimento ( m). A convecção interna gera
Pra tubos usamos resistências por metro de comprimento (
Passo 3
Agora a condução através da parede metálica (cilíndrica):
Passo 4
A convecção do lado de fora (sem isolamento) é
Somando tudo:
A diferença de temperatura é
K, então a perda de calor por metro é
Passo 5
Agora com isolamento: o raio externo do isolante é
A resistência de condução no isolante é
A convecção externa agora usa
:
Somando todas as resistências com isolante:
Logo a perda é
Resposta
Perda sem isolamento:
W/m
Perda com isolamento: W/m
Perda com isolamento: