Estime o coeficiente de transferência de calor para escoamento completamente desenvolvido de: Água escoando em tubo de 1 mm de diâmetro interno a
,
.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você quer estimar o coeficiente de transferência de calor (h) para a água que está escoando num tubo com diâmetro interno de 1 mm. As condições dadas são: temperatura do fluido na entrada
, temperatura da superfície do tubo
e velocidade média do escoamento
. Para resolver isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por convecção em escoamento totalmente desenvolvido.
Passo 2
Primeiro, precisamos determinar o regime de escoamento, ou seja, se é laminar ou turbulento. Para isso, calculamos o número de Reynolds (Re). O número de Reynolds nos ajuda a entender como o fluido está se comportando dentro do tubo.
A fórmula para o número de Reynolds é:
Onde:
-
é a densidade da água -
é a velocidade média -
é o diâmetro interno do tubo -
é a viscosidade dinâmica da água
Passo 3
Vamos buscar os valores das propriedades da água a aproximadamente 20°C:
- Densidade,
- Viscosidade dinâmica,
Substituindo os valores na fórmula:
Passo 4
Com o número de Reynolds calculado (
), verificamos que o escoamento é laminar, já que
. Em escoamento laminare totalmente desenvolvido, o número de Nusselt (Nu) é constante e geralmente igual a 3,66 para condições de temperatura constante na parede.
Passo 5
Agora, vamos calcular o coeficiente de transferência de calor (h). A relação entre o número de Nusselt, a condutividade térmica (
) e o diâmetro interno (
) é dada por:
Rearranjando para encontrar
:
Passo 6
Precisamos do valor da condutividade térmica da água a 20°C, que é aproximadamente
.
Substituindo os valores na equação:
Resposta
O coeficiente de transferência de calor é aproximadamente
.
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Seja um bastão cilíndrico de combustível nuclear, com comprimento
e diâmetro
, que se encontra no interior de um tubo concêntrico. Água pressurizada escoa na região anular entre o bastão e o tubo a uma vazão
, e a superfície externa do tubo encontra-se isolada termicamente. Geração térmica ocorre no interior do bastão combustível, e sabe-se que a taxa volumétrica de geração varia senoidalmente com a distância ao longo do bastão. Isto é,
, com
sendo uma constante. Pode-se admitir um coeficiente de conveç̧ão
uniforme entre a superfície do bastão e a água. Obtenha uma expressão para a variação da temperatura média
da água com a distância
ao longo do tubo.
Ar comprimido seco a
e 10 bar com vazão mássica de
entra em um tubo de 30 mm de diâmetro interno, com comprimento de 5 m e temperatura de superfície de
. Temperatura média do ar na saída.
Estime o coeficiente de transferência de calor para escoamento completamente desenvolvido de: Água escoando em tubo de 10 mm de diâmetro interno a
,
.
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
.