Água a
escoa no interior de um tubo com diâmetro interno de 5 cm e 2 metros de comprimento. Se a superficie interna do tubo está a
e a temperatura média da água é de
, calcule o coeficiente convectivo de transferência de calor a e taxa com que o calor é transferido da parede do tubo até a água.
Passo 1
Então, vamos lá! A gente tem um exercício que fala sobre água escoando dentro de um tubo. A água tem uma taxa de fluxo de
, o tubo tem um diâmetro interno de 5 cm e 2 metros de comprimento. A parede do tubo está a
e a água está a
. Nosso objetivo é descobrir dois pontos: o coeficiente convectivo de transferência de calor, que vamos chamar de
, e a taxa com que o calor está sendo transferido da parede do tubo para a água. Para resolver isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por convecção.
Passo 2
Primeiro, precisamos encontrar a área de superfície interna do tubo por onde o calor está sendo transferido. A fórmula para a área lateral de um cilindro é:
Onde:
-
é o diâmetro interno do tubo -
é o comprimento do tubo
Vamos converter o diâmetro para metros:
Então:
Passo 3
Agora, vamos calcular a taxa de transferência de calor usando a fórmula da transferência de calor por convecç��o:
Onde:
-
é a taxa de fluxo de massa ( ) -
é a capacidade térmica da água (aproximadamente ) -
é a diferença de temperatura entre a parede do tubo e a água ( )
Substituindo os valores:
Passo 4
Para encontrar o coeficiente convectivo de transferência de calor
, usamos a fórmula:
Já temos
e
, e sabemos
. Queremos resolver para
:
Substituindo os valores:
Resposta
O coeficiente convectivo de transferência de calor é aproximadamente
, e a taxa de transferência de calor da parede do tubo para a água é
.