Estime o coeficiente de transferência de calor para escoamento completamente desenvolvido de: Água escoamento em um duto de seção retangular com 100 mm de altura e 150 mm de largura a
.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede para estimarmos o coeficiente de transferência de calor para o escoamento totalmente desenvolvido de água em um duto retangular. A gente tem umas informações chave: a água tem temperatura média de entrada (
), a parede do duto está a
, e a velocidade média do fluxo é de
. Vamos usar conceitos de transferência de calor e fluxo laminar para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, precisamos calcular o número de Reynolds para verificar se o fluxo é laminar ou turbulento. O número de Reynolds (
) nos ajuda a entender o regime do escoamento. A fórmula é:
Onde:
-
é a densidade da água (aproximadamente ), -
é a velocidade média ( ), -
é o diâmetro hidráulico, -
é a viscosidade dinâmica da água (cerca de ).
Para um duto retangular, o diâmetro hidráulico (
) é dado por:
Com
e
.
Calculando
:
Agora, calculando
:
Esse valor alto indica que o fluxo é turbulento, mas o enunciado menciona que é completamente desenvolvido, então vamos seguir para calcular o coeficiente de transferência de calor.
Passo 3
Para fluxo turbulento completamente desenvolvido em dutos, usamos a correlação de Dittus-Boelter para estimar o coeficiente de transferência de calor (
):
Onde:
-
é o número de Nusselt, -
é o número de Prandtl, -
para aquecimento (caso ).
Primeiro, precisamos calcular o número de Prandtl (
). A fórmula é:
Para a água a
:
-
, -
, -
.
Então:
Agora, aplicando na correlação de Dittus-Boelter:
Calculando passo a passo:
-
-
- Então,
Resposta
O coeficiente de transferência de calor é aproximadamente
.
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