Transferência de calor por condução [Cap. 4] - Fenômenos de Transporte (Prof. João Felipe)

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Fenômenos de Transporte 
Prof. João Felipe Bassane 
Engenharias 
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Capítulo 4 – Transferência de Calor – Condução 
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4.2.6) Condução de calor através de configurações 
cilíndricas 
Consideremos um cilindro vazado submetido à uma diferença de temperatura 
entre a superfície interna e a superfície externa: 
O fluxo de calor que atravessa a parede 
cilíndrica poder ser obtido através da equação 
de Fourier, ou seja : 
 
 
 
 
 
onde 
 
 
é o gradiente de temperatura na direção radial 
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4.2.6) Condução de calor através de configurações 
cilíndricas 
Para configurações cilíndricas a área é uma função do raio : 
 
Substituindo na equação de Fourier, obtemos : 
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4.2.6) Condução de calor através de configurações 
cilíndricas 
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4.2.6) Condução de calor através de configurações 
cilíndricas 
O conceito de resistência térmica também pode ser aplicado à parede cilíndrica. 
Devido à analogia com a eletricidade, um fluxo de calor na parede cilíndrica 
também pode ser representado como: 
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4.2.7) Condução de calor através de configurações 
esféricas 
Consideremos uma esfera oca submetida à uma diferença de temperatura entre 
a superfície interna e a superfície externa: 
O fluxo de calor que atravessa a parede esférica 
poder ser obtido através da equação de Fourier: 
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4.2.7) Condução de calor através de configurações 
esféricas 
Consideremos uma esfera oca submetida à uma diferença de temperatura entre 
a superfície interna e a superfície externa: 
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4.2.7) Condução de calor através de configurações 
esféricas 
O conceito de resistência térmica também pode ser aplicado à parede esférica: 
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Exercício 1 
Uma parede de um forno é constituída de duas camadas : 0,20 m de tijolo 
refratário (k = 1,2 kcal/h·m·°C) e 0,13 m de tijolo isolante (k = 0,15 
kcal/h·m·°C). A temperatura da superfície interna do refratário é 1675 °C e 
a temperatura da superfície externa do isolante é 145 °C. Desprezando a 
resistência térmica das juntas de argamassa, calcule: 
a) o calor perdido por unidade de tempo e por m2 de parede; 
b) a temperatura da interface refratário/isolante. 
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Exercício 2 
Um tanque de aço ( k = 40 Kcal/h·m·°C), de formato esférico e raio interno 
de 0,5 m e espessura de 5 mm, é isolado com 1½" de lã de rocha ( k = 
0,04 Kcal/h·m·°C). A temperatura da face interna do tanque é 220 °C e a 
da face externa do isolante é 30 °C. Após alguns anos de utilização, a lã de 
rocha foi substituída por outro isolante, também de 1½" de espessura, 
tendo sido notado então um aumento de 10% no calor perdido para o 
ambiente ( mantiveram-se as demais condições ). Determinar: 
 
a) fluxo de calor pelo tanque isolado com lã de rocha; 
b) o coeficiente de condutividade térmica do novo isolante; 
c) qual deveria ser a espessura ( em polegadas ) do novo isolante para que 
se tenha o mesmo fluxo de calor que era trocado com a lã de rocha. 
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Exercício 3 
Um tubo de aço (k = 35 Kcal/h·m·°C) tem diâmetro externo de 3”, 
espessura de 0,2”, 150 m de comprimento e transporta amônia a -20 °C 
(convecção na película interna desprezível). Para isolamento do tubo 
existem duas opções : isolamento de borracha (k = 0,13 Kcal/h·m·°C) de 3” 
de espessura ou isolamento de isopor (k = 0,24 Kcal/h·m·°C) de 2” de 
espessura. Por razões de ordem técnica o máximo fluxo de calor não pode 
ultrapassar 7000 Kcal/h. Sabendo que a temperatura na face externa do 
isolamento é 40 °C, pede-se: 
 
a) As resistências térmicas dos dois isolamentos; 
b) Calcule o fluxo de calor para cada opção de isolante e diga qual 
isolamento deve ser usado; 
c) Para o isolante que não deve ser usado, calcule qual deveria ser a 
espessura mínima para atender o limite.