Um fluido entra em um tubo com uma vazão de
e uma temperatura de entrada de 200 C. No tubo, que tem um comprimento de 6 m e diâmetro de 15 mm , há uma temperatura superficial de 30ㅇ. Determine a taxa de transferência de calor para o fluido, se ele for água.
Passo 1
Beleza, vamos entender o que o exercício está pedindo! Temos um fluido (água) entrando em um tubo com uma vazão de massa de
e uma temperatura inicial de
. O tubo tem 6 metros de comprimento e 15 milímetros de diâmetro, e a temperatura da superfície do tubo é
. A questão quer saber qual é a taxa de transferência de calor para o fluido. Para resolver isso, vamos precisar aplicar conceitos de transferência de calor por convecção e diferença de temperatura.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a área de superfície do tubo pela qual o calor está sendo transferido. A área lateral de um cilindro (no caso, o tubo) é dada pela fórmula:
onde:
-
é o diâmetro do tubo, -
é o comprimento do tubo.
Vamos converter o diâmetro para metros:
Agora, calculando a área:
Passo 3
Agora, precisamos entender como calcular a taxa de transferência de calor (
). A fórmula básica para transferência de calor por convecção é:
onde:
-
é o coeficiente de transferência de calor por convecção, -
é a área de superfície, -
é a diferença de temperatura entre a superfície e o fluido.
Precisamos encontrar
, o coeficiente de transferência de calor por convecção para a água. Para isso, vamos usar a seguinte relação empírica para fluxo laminar em tubos:
onde:
-
é a condutividade térmica da água, -
é o diâmetro hidráulico, -
é o número de Nusselt, que depende do regime de fluxo.
Assumindo fluxo laminar e utilizando tabelas ou correlações para
, mas para simplificar, vamos considerar que para fluxo laminar em tubos,
.
A condutividade térmica da água (
) a
é aproximadamente
.
Então:
Passo 4
Agora, vamos calcular a diferença de temperatura (
) entre a superfície do tubo e a temperatura do fluido:
Como estamos interessados na taxa de transferência de calor para o fluido, consideramos o valor absoluto:
Passo 5
Com todos os valores, podemos calcular a taxa de transferência de calor (
):
Resposta
A taxa de transferência de calor para o fluido é aproximadamente
.
Exercícios relacionados
Óleo de motor é aquecido ao escoar através de um tubo circular com diâmetro
e comprimento L=25 m, cuja superfície é mantida a 150ㅇ. Se a vazão de escoamento e a
temperatura do óleo na entrada do tubo forem e 200 C , qual será a temperatura do óleo na saída do tubo, Tm , sai? Qual é a taxa de transferência de calor total q no tubo?
temperatura do óleo na entrada do tubo forem
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.
a) Partindo de um volume de controle diferencial propriamente definido, deduza uma expressão para a distribuição de temperatura na água.
a) Partindo de um volume de controle diferencial propriamente definido, deduza uma expressão para a distribuição de temperatura
Considere água líquida pressurizada escoando com uma vazão
em um tubo circular de diâmetro
e comprimento
.
b) Se a água entrar no tubo a Tm ,ent e a temperatura superficial do tubo for
310 K , determine a temperatura da saída da água. Tm, sai.
b) Se a água entrar no tubo a Tm ,ent
IFPB - Curso: Eng. Elétrica Disciplina: Fenômenos de Transportes. Prof. Jesus Medeiros Data:25/09/2024 Aluno:
- Uma forma esférica oca é usada para determinar a condutividade dos materiais. O diâmetro interno é de 20 cm e o diâmetro externo é de 50 cm . Um aquecedor de 30 W é colocado dentro e sob condições estáveis e regime permanente, as temperaturas nos raios de 15 e 20 cm foram de 80 e
. Determine a condutividade térmica do material. Encontre também a temperatura externa. Se a vizinhança estiver a , determine o coeficiente de transferência de calor por convecção sobre a superfície.
(30 PONTOS)