Um aquecedor de ar para aplicação industrial é constituído por dois tubos concêntricos, isolados para o lado externo. Nesse sistema o vapor d’água saturado escoa através do tubo central (interior), que tem parede delgada.
Ar escoa através da região anular e a condensação do vapor mantém uma temperatura uniforme de na superfície do tubo.
Considere condições nas quais o ar entra no tubo central, de diâmetro , a uma temperatura de e a uma vazão de , enquanto vapor saturado condensa na superfícies externa do tubo.
Sendo o comprimento do sistema e o diâmetro externo , qual é a temperatura de saída do ar?
Passo 1
Como não sabemos a temperatura de saída, precisamos chutar um valor pra iniciar os trabalhos. Vou chutar uma temperatura de saída de . Nesse caso, as propriedade do ar serão consideradas à temperatura média:
A essa temperatura, o ar possui as seguintes propriedades de acordo com a tabela A.4 do Incropera:
Passo 2
A temperatura de saída pode ser calculada da seguinte forma:
Onde .
Temos tudo nessa equação, menos o coeficiente convectivo. Vamos atrás dele então.
Passo 3
O coeficiente convectivo é dado por:
Para calcular o número de Nusselt, precisamos do número de Reynolds, dado por:
Onde:
Substituindo os valores, teremos:
Assim, o número de Nusselt será:
Finalmente, o coeficiente convectivo será:
Passo 4
Dessa forma, a temperatura de saída será:
Substituindo os valores:
Nesse caso, vamos parar por aqui, mas se você quiser um resultado mais preciso, a boa é refazer as contas mas usando como chute a temperatura que acabamos de encontrar.