Água de resfriamento escoa através dos tubos, com paredes delgadas e diâmetros de , de um condensador de valor d’água a uma velocidade de , enquanto uma temperatura superficial de é mantida pela condensação do valor.
A temperatura de entrada da água é de e os tubos têm de comprimento.
Qual é a temperatura de saída da água? Determine as propriedades da água a uma temperatura média estimada de .
O valor estimado para foi razoável? Se não, repita o cálculo usando valores para as propriedades determinados a uma temperatura mais apropriada.
Passo 1
Qual é a temperatura de saída da água? Determine as propriedades da água a uma temperatura média estimada de .
Já que o problema nos deu uma temperatura de referência pra buscar as propriedades da água, nem vamos precisar chutar um valor nesse caso.
De acordo com a tabela A.6 do Incropera, para a água a , teremos:
Passo 2
A temperatura de saída pode ser calculada através da seguinte expressão:
Pra calcular o coeficiente convectivo, vamos precisar do número de Nusselt, dado por:
Então vamos agora atrás dele.
Passo 3
Para o número de Nusselt, precisaremos do número de Reynolds, dado por:
Opa! Estamos no regime turbulento, então nem precisamos determinar se o escoamento na saída do duto está plenamente desenvolvido, ou na região de entrada térmica.
A partir dos valores do número de Reynolds e Prandtl , podemos utilizar a seguinte correlação:
Como , . Assim substituindo os valores:
O coeficiente convectivo será, então:
Passo 4
A temperatura de saída será:
Onde e:
Substituindo os valores:
Passo 5
O valor estimado para foi razoável? Se não, repita o cálculo usando valores para as propriedades determinados a uma temperatura mais apropriada.
A média das temperaturas estimada foi de , já a média das temperaturas de entrada e saída que encontramos foi:
Como a diferença entre as duas temperaturas foi pequena, é correto afirmar que o valor estimado para foi razoável. De qualquer forma, se você quiser tentar refazer os cálculos, você deve encontrar uma temperatura de saída mais ou menos igual a:
Resposta
O valor estimado para foi razoável.