Água, a e , entra em uma região anular formada por uma tubo interno com diâmetro e um tubo externo com diâmetro .
Vapor d’água saturado escoa pelo tubo interno, mantendo a sua superfície a uma temperatura uniforme de , enquanto a superfície externa do tubo externo é isolada.
Se condições plenamente desenvolvidas podem ser admitidas ao longo de toda a região anular, qual deve ser o comprimento do sistema para fornecer uma temperatura de saída da água de ?
Qual é o fluxo térmico saindo do tubo interno na seção de saída do sistema?
Passo 1
O primeiro passo é determinar as propriedades do ar para a média das temperaturas de entrada e saída, dada por:
Assim, de acordo com a tabela A.6 do Incropera, para a água nesta temperatura, temos:
Passo 2
O comprimento do tubo pode ser calculado através da seguinte equação:
Reorganizando o amigão aqui, teremos o seguinte:
Dessa equação, temos praticamente tudo, exceto o coeficiente convectivo. Então vamos atrás dele.
Passo 3
Começando pelo número de Reynolds, teremos:
Onde:
Substituindo os valores:
Como estamos no regime laminar e estamos trabalhando em uma situação onde a temperatura superficial é constante, temos que:
Assim:
Dessa forma, como a superfície externa é isolada, o coeficiente convectivo será:
Passo 4
Agora podemos calcular o comprimento do tubo:
Substituindo os valores, onde :
Passo 5
O fluxo térmico pode ser calculado da seguinte forma:
Substituindo os valores:
