Os produtos de combustão de um queimador são direcionados para uma aplicação industrial através de um tubo metálico de parede delgada, com diâmetro e comprimento . O gás entra no tubo a pressão atmosférica, com temperatura média e velocidade de e , respectivamente. Ele tem que sair do tubo com uma temperatura não inferior a . Qual é a espessura mínima de um isolamento de

Alumina-sílica () necessária para satisfazer a exigência na saída no caso das piores condições, que são o tubo exposto ao ar ambiente a e com uma velocidade de escoamento cruzado ? As propriedades do gás podem ser aproximadas pelas do ar e, como uma primeira estimativa, o efeito da espessura do isolante no coeficiente convectivo e na resistência térmica associada ao escoamento cruzado pode ser desprezado.

Calculando a vazão mássica do gás:

Sendo:

;

.

Temos:

Calculando o número de Reynolds:

Substituindo os dados:

Calcule o coeficiente de transferência de calor local para a superfície interna do duto em que o gás é resfriado:

Sabemos que:

Então:

Assim:

Para o fluxo externo sobre o duto, temos que supor uma temperatura média de filme, utilizaremos:

Pela Tabela obtemos as seguintes propriedades do ar sob a temperatura assumida:

Temos que o efeito da espessura do isolamento no coeficiente de convecção e na resistência térmica associada ao fluxo cruzado pode ser desprezado, então:

Calculando o número de Reynolds:

Sendo:

.

Temos:

Calculando o número de Nusselt:

Substituindo os dados:

Como:

Temos:

Calculando :

Calculando a resistência total:

Como , , então:

Expandindo:

Sendo:

.

Substituindo os dados:

Para temperatura constante de superfície, a distribuição da temperatura em termos de resistência total é dada por:

Sendo:

.

Temos:

Desse modo, a espessura do isolamento é: