Um trocador de calor bitubular com comprimento é usado para processar termicamente um produto farmacêutico escoando com uma vazão mássica de , com uma temperatura de entrada de . O tubo interno, com diâmetro , tem parede delgada e a parte externa do tubo externo ( ) encontra-se termicamente isolada. Água escoa na região anular entre os tubos com uma vazão mássica de e com uma temperatura de entrada de e temperatura de saída de . Propriedades da Água: Propriedades do produto farmacêutico: ;
(b) Determinar o coeficiente convectivo da água e do produto farmacêutico.

Passo 1

Beleza, vamos resumir o que a questão está pedindo. Temos um trocador de calor com dois tubos: um para o produto farmacêutico e outro para a água. Queremos calcular o coeficiente convectivo tanto da água quanto do produto farmacêutico. Para isso, vamos precisar entender como o calor é transferido por convecção, usar as propriedades fornecidas dos fluidos e aplicar fórmulas que relacionam o fluxo de calor com essas propriedades.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o coeficiente convectivo ( ) mede a capacidade de um fluido para transferir calor através de sua superfície. Para calcular , usamos a relação entre o número de Nusselt ( ), a condutividade térmica ( ) e uma dimensão característica (geralmente o diâmetro hidráulico, ):
Então, reescrevendo para :

Passo 3

Agora, precisamos determinar o número de Nusselt ( ) para cada fluido. O depende do regime de escoamento (laminar ou turbulento) e do número de Reynolds ( ) e do número de Prandtl ( ) dos fluidos.
O número de Reynolds é calculado por:
onde:
  • é a densidade,
  • é a velocidade média,
  • é o diâmetro hidráulico,
  • é a viscosidade cinemática.

Passo 4

Vamos calcular o número de Reynolds para a água e para o produto farmacêutico.
Primeiro, para a água:
á
Para o produto farmacêutico:

Passo 5

Com os valores de calculados, vemos que ambos estão na faixa de fluxo laminar ( ). Para fluxo laminar em tubos, o número de Nusselt para escoamento totalmente desenvolvido térmico é constante e igual a 3,66.
Portanto:
á

Passo 6

Agora, vamos calcular o coeficiente convectivo para cada fluido usando a fórmula mencionada no Passo 2.
Para a água:
ááá
Para o produto farmacêutico:

Resposta

O coeficiente convectivo da água é aproximadamente e o do produto farmacêutico é .

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DADOS:
Um trocador de calor bitubular (tubos concêntricos) em contracorrente é projetado para aquecer água de 20 a , utilizando óleo quente, que é alimentado na região anular a e retirado a . tubo interno, com parede delgada, tem um diâmetro de e o coeficiente convectivo interno (da água) é igual a , enquanto o coeficiente convectivo externo (do óleo) é igual a . A condição de projeto exige uma taxa de transferência de calor total de 3.000 W. (a) Qual é o comprimento do trocador de calor? Pela experiência da empresa, observou-se que após algum tempo de operação, forma-se uma incrustação no tubo interno que reduz o desempenho do trocador. (b) Considerando que essa resistência térmica da incrustação é da ordem de , recalcule o comprimento necessário para garantir os por mais tempo.
RESPOSTA: .
Um trocador de calor bitubular com comprimento é usado para processar termicamente um produto farmacêutico escoando com uma vazão mássica de , com uma temperatura de entrada de . O tubo interno, com diâmetro , tem parede delgada e a parte externa do tubo externo ( ) encontra-se termicamente isolada. Água escoa na região anular entre os tubos com uma vazão mássica de e com uma temperatura de entrada de e temperatura de saída de . Propriedades da Água: Propriedades do produto farmacêutico: ;
© Determine o valor do coeficiente global de transferência de calor .
óleo de densidade relativa igual a 0,90 escoa por uma canalização de 10 cm de diâmetro. A tensão de cisalhamento na parede da canalização é de e o perfil de velocidade é dado por ( . ), onde r é a distância radial medida a partir do eixo da canalização. Qual a viscosidade cinemática do óleo?