Questão de Física

A figura a seguir mostra a seção transversal de um duto longo revestido com material isolante de condutividade térmica constante k. A camada de isolamento possui espessura e = b - a. A superfície externa do duto está exposta ao ar ambiente que se encontra a uma temperatura T∞ enquanto a superfície interna está exposta a um fluido frio a uma temperatura T < T∞ . O coeficiente de transferência de calor por convecção ao redor do tubo é h. A dependência das resistências térmicas (por unidade de comprimento do duto) à condução, Rcond, e à convecção, Rconv, com relação à espessura e da camada isolante é mostrada na figura.

Sob a hipótese de regime permanente e considerando que a transferência de calor ocorre apenas na direção radial, julgue os itens a seguir. I. À variação da espessura do material isolante estão associados dois efeitos concorrentes: a redução da taxa de transferência de calor por condução com a adição de material isolante e o aumento da taxa de transferência de calor por convecção devido ao aumento da área superficial externa. II. A partir do gráfico, pode-se concluir que existe uma espessura crítica que maximiza a resistência térmica total à transferência de calor. III. Para o caso representado no gráfico existe uma espessura crítica tal que a taxa de transferência de calor é máxima. IV. O comportamento das resistências térmicas do sistema ilustrado no gráfico sugere que existe uma pequena faixa de valores de “e” em que a taxa com que o calor é transmitido ao fluido frio é maior do que aquela observada quando o duto não possui qualquer isolamento. V. O aumento do coeficiente h de troca de calor por convecção faz com que a intersecção das curvas de Rcond e Rconv ocorra para maiores valores da espessura e. Estão certos apenas os itens