QUESTÃO 02: Água quente escoa no interior de uma tubulação cilindrica, de raios \mathrm{R}_{\mathrm{i}}=1 \mathrm{~cm} e \mathrm{R}_{\mathrm{e}}=1,3 \mathrm{~cm}, constituída de aço com condutividade térmica \mathrm{k}_{\mathrm{kpo}}=40 \mathrm{~W} / \mathrm{m}^{\circ} \mathrm{C}. A superfície interna deste duto permanece à temperatura \mathrm{T}_{\mathrm{i}}=90^{\circ} \mathrm{C}. O ar ambiente ao redor da tubulação permanece com temperatura \mathrm{T}_{\mathrm{ar}}=25^{\circ} \mathrm{C} \mathrm{e} coeficiente de transferência de calor por convecção \mathrm{h}_{\mathrm{ar}}=5 \mathrm{~W} / \mathrm{m}^{20} \mathrm{C}. Determine a diferença de calor perdido em módulo (W/m), com e sem isolamento térmico, se este tubo for revestido com um isolante com \mathrm{k}_{\text {is }}=0,16 \mathrm{~W} / \mathrm{m}^{\circ} \mathrm{Cle} de forma que seu \underline{\text { raio seja igual ao raio crítico de isolamento. (3 pontos) }}
Passo 1
Resumindo o enunciado: uma tubulação cilíndrica de raio interno \mathrm{R}_i=0,01\mathrm{\,m} e raio externo \mathrm{R}_e=0,013\mathrm{\,m} tem sua superfície interna a \mathrm{T}_i=90^\circ\mathrm{C} e está em contato com ar ambiente a \mathrm{T}_{ar}=25^\circ\mathrm{C} com coeficiente de convecção h=5\mathrm{\,W/(m^2\,^\circ C)}. O tubo é de aço com condutividade k_{aco}=40\mathrm{\,W/(m\,^\circ C)}. Vamos calcular o fluxo térmico por metro sem isolamento e com isolamento cujo raio externo seja o raio crítico do isolante.
Passo 2
A resistência térmica por metro sem isolamento é dada por