Considere uma tubulação de aço cilíndrica com raio interno igual a 1 cm e raio externo igual a
. Água quente escoa no interior dessa tubulação na qual a temperatura da superfície interna é
. 0 ar ambiente ao redor da tubulação está a
. Utilizando os dados fornecidos abaixo, determine o que é pedido.
condutividade térmica do aço:
condutividade térmica do amianto:
coeficiente de transferência de calor por convecção:
Se uma camada de isolante térmico 12 cm feita de amianto for colocada sobre a tubulação, qual é o fluxo de calor perdido para o ambiente por unidade de comprimento do duto.
condutividade térmica do aço:
condutividade térmica do amianto:
coeficiente de transferência de calor por convecção:
Se uma camada de isolante térmico 12 cm feita de amianto for colocada sobre a tubulação, qual é o fluxo de calor perdido para o ambiente por unidade de comprimento do duto.
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que a questão tá pedindo. Temos uma tubulação de aço com raio interno de 1 cm e raio externo de 1,3 cm. Essa tubulação transporta água quente a 90°C, e o ambiente ao redor está a 25°C. Além disso, foi adicionada uma camada de isolante térmico de amianto com 12 cm de espessura. O que precisamos descobrir é quanto de calor está sendo perdido para o ambiente por unidade de comprimento da tubulação. Para resolver isso, vamos usar conceitos de condução térmica e convecção térmica.
Passo 2
Primeiro, vamos converter todas as medidas para o Sistema Internacional de Unidades (SI) para facilitar os cálculos.
- Raio interno da tubulação:
- Raio externo da tubulação:
- Espessura do isolante de amianto:
- Raio externo total com o isolante:
Passo 3
Vamos calcular a resistência térmica por condução através da tubulação de aço. A fórmula para a resistência térmica de condução em uma parede cilíndrica é:
Onde:
-
-
é o comprimento da tubulação (como vamos calcular por unidade de comprimento, consideramos )
Calculando:
Passo 4
Agora, vamos calcular a resistência térmica por condução através do isolante de amianto. A fórmula é semelhante:
Onde:
Calculando:
Passo 5
Em seguida, vamos calcular a resistência térmica por convecção na superfície externa do isolante. A fórmula para resistência de convecção é:
Onde:
-
(coeficiente de transferência de calor por convecção) -
é a área de superfície para convecção (novamente, )
Calculando:
Passo 6
Agora, vamos somar todas as resistências térmicas em série para obter a resistência total:
Passo 7
Com a resistência total, podemos calcular o fluxo de calor (
) usando a diferença de temperatura (
) entre o interior e o ambiente:
Resposta
O fluxo de calor perdido para o ambiente por unidade de comprimento do duto é aproximadamente 25,5 W/m.
Exercícios relacionados
Considere um meio cuja equação de condução de calor na forma mais simples é dada por:
A condutividade térmica do meio é constante ou variável, por quê?
Uma placa de aço inoxidável, com
de espessura, repousa no topo de uma placa quente mantida a
. Ar escoa sobre a superfície do topo da placa, tendo um coeficiente convectivo de transferência de calor de
. A temperatura do ar é mantida a
.
Qual é a temperatura da superfície do topo, , da placa de aço inoxidável?
Qual é a temperatura da superfície do topo,
A distribuição de temperaturas, em regime estacionário, em uma parede unidimensional com condutividade térmica
e espessura
tem a forma
. Desenvolva expressões para a taxa de geração de calor por unidade de volume na parede e para os fluxos térmicos em suas duas superfícies
e
.
Determine a espessura de uma espuma isolante com condutividade térmica de
necessária para permitir a perda máxima de calor de 600 W em uma estrutura retangular com dimensões 3 m (largura),
(altura), 7 m (profundidade) se as temperaturas das superfícies externa e interna são
respectivamente.