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?
Passo 1
Vamos resumir o problema: temos água entrando em um tubo à temperatura de
com uma vazão de
. A transferência de calor da parede do tubo para a água é dada por
, onde
e
é a distância axial em metros desde a entrada do tubo. Nosso objetivo é encontrar a temperatura da água na saída do tubo após percorrer
. Para resolver isso, vamos utilizar conceitos de transferência de calor e energia em fluidos.
Passo 2
Primeiro, vamos converter a vazão mássica de
para unidades mais práticas, como
.
Passo 3
A transferência de calor por metro de tubo é dada por
. Para encontrar a transferência total de calor ao longo dos
, precisamos integrar
de
a
.
Passo 4
Calculando a integral:
Passo 5
Agora, usamos a equação de transferência de calor para fluidos:
Onde:
-
é a transferência total de calor ( ) -
é a vazão mássica ( ) -
é a capacidade calorífica da água ( ) -
é a variação de temperatura
Passo 6
Isolando
:
Passo 7
Finalmente, somamos a variação de temperatura à temperatura inicial para encontrar a temperatura na saída:
Resposta
A temperatura na saída da água após percorrer
do tubo é de aproximadamente
.