Água entra em um tubo a 270 C com uma vazão de
. A transferência de calor da parede do tubo para o fluido é dada pela expressão
, sendo o coeficiente igual a
e
a distância axial para a entrada do tubo.
d) Qual é o valor do fluxo térmico na parede uniforme ,
( em vez de
), iria fornecer uma temperatura do fluido na saída do tubo igual à determinada na parte b.?
d) Qual é o valor do fluxo térmico na parede uniforme ,
Passo 1
Primeiro, vamos resumir o que a questão está pedindo. Temos água entrando em um tubo a 270°C com uma vazão de 450 kg/h. A transferência de calor da parede do tubo para a água é inicialmente dada por uma relação não uniforme:
, onde
e
é a distância ao longo do tubo. A pergunta é: qual seria o valor do fluxo térmico na parede de calor uniforme,
, que resultaria na mesma temperatura de saída da água que obtivemos na parte b? Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos de transferência de calor, especialmente fluxos térmicos uniformes e não uniformes, e como eles influenciam a temperatura da água.
Passo 2
Vamos entender o fluxo térmico não uniforme
. Isso significa que o calor transferido por unidade de comprimento do tubo aumenta linearmente com a distância
. Para encontrar a temperatura de saída da água, precisaríamos integrar esse fluxo ao longo do comprimento do tubo. Mas como já temos a temperatura de saída da parte b, nosso objetivo agora é encontrar um fluxo térmico uniforme
que, aplicado ao longo de todo o tubo, forneça a mesma quantidade total de calor transferido.
Passo 3
Primeiro, precisamos calcular a quantidade total de calor transferido com o fluxo não uniforme. A quantidade total de calor
pode ser obtida integrando
ao longo do comprimento do tubo
:
Passo 4
Agora, vamos considerar o fluxo térmico uniforme
. A quantidade total de calor transferido com um fluxo uniforme também é dada por:
onde
é a área superficial da parede do tubo. Para que a temperatura de saída seja a mesma, as duas quantidades de calor devem ser iguais. Então:
Passo 5
Podemos resolver essa equação para encontrar
:
Passo 6
Para completar o cálculo, precisamos conhecer a área superficial
da parede do tubo. A área superficial de um tubo é dada por
, onde
é o diâmetro interno do tubo. Substituindo na equação anterior:
Passo 7
Assim, o fluxo térmico uniforme necessário para obter a mesma temperatura de saída da água é:
Resposta
O fluxo térmico na parede uniforme necessário é
, onde
é o diâmetro do tubo.
Exercícios relacionados
Considere um arquecedor elétrico de água quente de 2 m de altura que tem um diâmetro de 40 cm e mantem a água quente a
. O reservatório esta situado em uma pequena sala cuja temperatura média é de
e os coeficientes de transferência de calor sobre as superficies interna e externa do aquecedor são 50 e
, respectivamente. O reservatório é colocado em um outro tanque de chapa de metal de 46 cm de diâmetro com una espessura desprezivel e o espaço entre os dois tanques é preenchido com isolamento de espuma (
). As resistências térmicas do tanque di agua e da înna casca externa de fòina de metal são muito pequenas e podem ser negligenciadas. O preço da eletricidade é de
e o dono da casa paga
por ano para aquecer a água. Determinar a fração do custo da energia da água quente para o dono da casa que é devida à perda de calor do tanque. ( 2,5 pts)
Dois reservatórios estâo ligados por três tubos de aço comercial em série com
e
e
e
. Considerando água (
s e
) com uma vazão de
, determine o desnivel (
) entre os reservatórios. Ambos os reservatórios estão abertos para a atmosfera. A saída e a entrada dos reservatórios são em aresta viva. Considere as velocidades com as quais os niveis de água dos reservatórios se deslocam pequenas o suficiente para serem irrelevantes. Considere o coeficiente de perda localizada das expansões igual a 0,04 baseado no tubo de menor diâmetro.
Água entra em um tubo a 270 C com uma vazão de
. A transferência de calor da parede do tubo para o fluido é dada pela expressão
, sendo o coeficiente igual a
e
a distância axial para a entrada do tubo.
b) Qual é a temperatura na saída da água para uma seção superaquecida com 30 m de comprimento?
b) Qual é a temperatura na saída da água para uma seção superaquecida com 30 m de comprimento?
O peso específico e a viscosidade dinâmica de um líquido são, respectivamente, iguais a
2,5 .
. Determine: A viscosidade cinemática,
(ao preencher o formulário multiplicar por
); (valor:
)