Calcular o coeficiente global de transferência de calor para o seguinte caso: álcool metílico em um tubo interno de um trocador de calor de tubo duplo, cujo fluido refrigerante é água.
Passo 1
Vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Precisamos calcular o coeficiente global de transferência de calor (
) em um trocador de calor de tubo duplo, onde temos álcool metílico no tubo interno e água no tubo externo. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por condução e convecção, além de aplicar as fórmulas apropriadas para combinar esses efeitos.
Passo 2
Primeiro, identificamos as resistências térmicas envolvidas no sistema. O coeficiente global de transferência de calor (
) leva em consideração três resistências principais:
- Convecção na superfície interna (
): É a resistência ao fluxo de calor entre o álcool metílico e a parede do tubo interno. - Condução através da parede do tubo (
e ): É a resistência ao fluxo de calor através do material da parede do tubo. - Convecção na superfície externa (
): É a resistência ao fluxo de calor entre a parede do tubo externo e a água.
Passo 3
A fórmula para calcular o coeficiente global de transferência de calor (
) considerando essas resistências é:
Essa equação basicamente soma todas as resistências térmicas e depois inverte para encontrar o coeficiente global.
Passo 4
Agora, vamos substituir os valores fornecidos na fórmula. Primeiro, é importante garantir que todas as unidades estejam coerentes. Vamos converter o espessura da parede do tubo de milímetros para metros:
Substituindo os valores:
Passo 5
Vamos calcular cada termo individualmente:
- Convecção interna:
- Condução através da parede:
- Convecção externa:
Passo 6
Somando todas as resistências térmicas:
Passo 7
Invertendo o resultado para encontrar
:
Resposta
O coeficiente global de transferência de calor (
) é aproximadamente 608 W/m²·°C.
Exercícios relacionados
Considerando que a perda de calor em um tanque esférico deve ser no máximo igual a
, calcule a espessura mínima desse container de aço (
) sabendo que o raio interno é de
e as temperaturas externa e interna são mantidas a
e
, respectivamente. Determine, ainda, uma equação geral para distribuição de temperatura no interior da casca metálica. A transferência de calor é em regime permanente e unidimensional (sentido radial).
Considere que a resistência de um aquecedor é um fio longo de raio
e condutividade térmica
no qual ocorre geração uniforme de calor como resultado do aquecimento a uma taxa constante
. O fio é envolto por uma camada de material cerâmico de
de espessura cuja condutividade térmica é de
. Considerando que a temperatura da camada de cerâmica é
, determine as temperaturas no centro do fio da resistência e na interface entre o fio e a camada de cerâmica sob condições permanentes.
Óleo a
é aquecido em um tubo horizontal de aço 2 in Schedule 40 de 60 ft de comprimento com superfície a
. A taxa de fluxo de óleo é de
à temperatura de entrada. Qual a temperatura do óleo na saída do tubo? Qual o coeficiente de transferência de calor médio?
Propriedades do óleo:
Propriedades do óleo:
|
|
|
---|---|---|
|
18 | 8 |
|
0,75 | 0,75 |
|
0,072 | 0,074 |
gravidade específica | 0,79 | 0,74 |
Informacões: Gravidade específica é a razão entre a densidade do fluido de interesse e a densidade de um fluido de referência, como, por exemplo, água.
Benzeno é resfriado de
a
no interior de um tubo de um trocador de tubo duplo. A água fria flui em contracorrente ao benzeno, entrando na camisa a
e saindo a
. O trocador consiste de um tubo interno de cobre BWG 16 de
in encamisado com um tubo de aço Schedule 40 de
. A velocidade linear do benzeno é de
. Desprezando a resistência da parede e considerando
para ambos os tubos, calcule os coeficientes de transferência de calor do benzeno e da água e o coeficiente global considerando a área interna.