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Em uma empresa, existem 500 m de linha de vapor a 150 °C, com diâmetro externo de 0,1 m, sem isolamento térmico, em um ambiente fechado a 30 °C. O vapor estava sendo gerado através da queima de lenha, que produzia energia a baixo custo porém causando grandes danos ambientais. Diante disso, esse processo foi substituído por um sistema de queima de gás natural adaptado à caldeira, que polui menos e ainda apresenta vantagens no custo do kWh. Objetivando a racionalização de energia nessa empresa, propõe-se o isolamento da tubulação a partir de uma análise dos custos envolvidos. Para tanto, considere um coeficiente de transferência convectiva de calor ha = 7,0 W m−2 K−1 entre a tubulação e o ar ambiente. Despreze as resistências térmicas por convecção interna e condução na parede da tubulação e suponha que as temperaturas das paredes internas do recinto sejam iguais à temperatura do ambiente. Sendo o custo do kWh de R$ 0,10, assinale a alternativa que apresenta a economia de energia diária que pode ser obtida isolando-se a tubulação com uma camada de 0,05 m de lã de vidro (k = 0,04 W m−1 K−1).
(Despreze trocas térmicas radiativas entre o isolante e o ambiente e considere o coeficiente de convecção entre a superfície do isolante e o ambiente sendo, hb = 3,5 W m−2 K−1.)
Taxa de transferência de calor por radiação: \(q_{rad} = \epsilon \sigma A (T_{1}^{4} - T_{2}^{4}) \)
Taxa de transferência de calor por condução em um cilindro: \(q_{r} = \frac{2\pi k L (T_{1} - T_{2})}{\ln(r_{2}/r_{1})}\)
Emissividade da parede externa da tubulação: ε = 0,9
Constante de Steffan-Boltzmann: σ = 5,67.10-8 (W/m2K4)