(3,0 pts) Um tubo de aço, com
de diâmetro interno e
de diâmetro externo, tendo
, está recoberto por uma camada isolante de espessura
e
. Um gás, aquecido a
, flui no interior do tubo. A superficie externa do isolante está exposta ao ar mais frio a
com
. Calcule a perda de calor do tubo para o ar ao longo de
de comprimento do tubo.
Passo 1
O enunciado descreve um tubo cilíndrico composto:
– Diâmetro interno do aço e diâmetro externo do aço
.
– Aço com condutividade térmica .
– Camada isolante de espessura e condutividade
.
– Gás interior a com coeficiente convectivo
.
– Ar exterior a com
.
Queremos a potência térmica perdida ao longo de . Usaremos o modelo de resistências térmicas em série para um cilindro: convecção interna, condução no aço, condução no isolante e convecção externa.
– Diâmetro interno do aço
– Aço com condutividade térmica
– Camada isolante de espessura
– Gás interior a
– Ar exterior a
Queremos a potência térmica perdida ao longo de
Passo 2
Convertendo diâmetros em raios (metria):
Passo 3
As resistências térmicas (para comprimento
) são:
convecção interna
convecção interna
condução no aço
condução no isolante
convecção externa
A resistência total é
e a perda de calor
Passo 4
Substituindo valores numéricos
:
Somando,
Então
Resposta
A perda de calor ao longo de
do tubo é de aproximadamente