Um tubo metálico (
) que conduz óleo aquecido tem raio externo
e espessura de parede igual a 5 mm e foi isolado termicamente com silicato de cálcio (
), com espessura a
. Considere que a superficie interna do tubo está a temperatura de
, que a superficie externa do isolamento térmico está exposta a um ambiente a
e que o coeficiente de transferência de calor por convecção entre o isolamento térmico e o meio ambiente é
. Supondo que a taxa de transferência de calor por radiação possa ser desprezada, pede-se para determinar a temperatura na superfície externa do isolante térmico e a taxa de transferência de calor por metro de tubo para o meio.
Passo 1
O enunciado descreve um tubo metálico de raio externo
mm e espessura de parede 5 mm, isolado com silicato de cálcio de espessura 25,4 mm. A superfície interna do tubo está a
e a externa do isolamento vê o ar a
com coeficiente de convecção
. Desprezando radiação, vamos usar condução radial e convecção para encontrar a temperatura da superfície externa do isolamento (
) e a taxa de calor por metro de tubo (
).
Passo 2
Calculamos os raios interiores e exteriores para condução:
espessura do tubo
m,
m,
espessura do isolamento
m.
Passo 3
As resistências térmicas por metro de comprimento (
m) são:
condução no metal
condução no metal
condução no isolante
convecção na face externa
A resistência total é
Passo 4
Substituindo valores:
,
.
Logo
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Passo 5
A taxa de calor por metro de tubo é
Passo 6
A temperatura da superfície externa do isolamento é
Resposta
Temperatura externa do isolante:
.
Taxa de transferência de calor por metro de tubo:
Taxa de transferência de calor por metro de tubo: