Um oleoduto de 50 cm de diâmetro externo no Ártico transporta óleo quente a
e é exposto a uma temperatura ambiente de
. Um isolamento especial em pó de 5 cm de espessura envolve o tubo e tem uma condutividade térmica de
. O coeficiente de transferência de calor por convecção na parte externa do tubo é
. Estime: a) a perda de energia do tubo por metro de comprimento, b) o percentual de perda de calor se a espessura do isolante equivalesse ao do raio crítico.
Passo 1
Beleza, o exercício diz que temos um tubo de óleo de 50 cm de diâmetro externo (logo raio externo do metal
) envolto por 5 cm de isolamento (
), com condutividade térmica
. Por fora a convecção tem
. A temperatura interna é
e externa
, então
.
Conteúdo: transferência de calor em regime estacionário por condução cilíndrica + convecção. Vamos precisar das fórmulas de resistência térmica em cilindros e de convecção.
Conteúdo: transferência de calor em regime estacionário por condução cilíndrica + convecção. Vamos precisar das fórmulas de resistência térmica em cilindros e de convecção.
Passo 2
a) Perda de energia por metro
- Identificar raios:
,
. - Resistência à condução no isolamento (comprimento
): - Resistência à convecção na superfície externa (
): - Resistência total e fluxo térmico por metro:
Passo 3
b) Percentual de perda de calor se a espessura do isolante fosse igual ao raio crítico
- Teoria do raio crítico: ocorre quando a resistência de condução do isolante é igual à de convecção, ou seja
. - Raio externo do conjunto nesse caso:
- Para
, as resistências são iguais: - Fluxo térmico no caso crítico:
- Percentual em relação ao tubo sem isolante (onde
):
Resposta
a) Aproximadamente
b) Com isolante na espessura do raio crítico, a perda de calor chega a cerca de 50 % da perda do tubo sem isolante.
b) Com isolante na espessura do raio crítico, a perda de calor chega a cerca de 50 % da perda do tubo sem isolante.