Um tubo de aço comercial com rugosidade média de diâmetro interno e 10 m de comprimento é usado para aquecer um líquido em um processo industrial. O líquido entra no tubo a com velocidade média de e é aquecido até por um fluxo de calor uniforme fornecido por uma resistência elétrica que envolve a parede externa do tubo. Assumindo que o escoamento é totalmente desenvolvido e considerando as propriedades do líquido e , obtenha:
© A perda de carga total no tubo (em Pa) (obtenha o fator de atrito usando o ábaco de Moody ou uma correlação adequada);

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um tubo de aço com algumas características específicas e precisamos calcular a perda de carga total nesse tubo. Isso envolve conceitos de mecânica dos fluidos, como o fator de atrito e a perda de pressão em um escoamento. Para resolver isso, vamos precisar calcular o número de Reynolds para determinar o regime do escoamento e, depois, usar um método como o ábaco de Moody para encontrar o fator de atrito. Com esses valores, a gente consegue encontrar a perda de carga total.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular o número de Reynolds (Re). Esse número nos ajuda a saber se o escoamento é laminar ou turbulento, o que é importante para encontrar o fator de atrito.
A fórmula para o número de Reynolds é:
Onde:
  • é a densidade do líquido ( )
  • é a velocidade média do líquido ( )
  • é o diâmetro interno do tubo ( )
  • é a viscosidade dinâmica ( )
Vamos substituir os valores na fórmula:
Então, .

Passo 3

Com o número de Reynolds calculado, podemos determinar o regime do escoamento. Como , que é maior que 4000, sabemos que o escoamento é turbulento.

Passo 4

Agora, precisamos encontrar o fator de atrito ( ) para o escoamento turbulento. Vamos usar o ábaco de Moody, que relaciona o fator de atrito com o número de Reynolds e a rugosidade relativa do tubo.
Primeiro, calculamos a rugosidade relativa ( ):
Com e , consultando o ábaco de Moody, encontramos que o fator de atrito .

Passo 5

Agora que temos o fator de atrito, podemos calcular a perda de carga total ( ) usando a fórmula:
Onde:
  • é o comprimento do tubo ( )
  • é o diâmetro interno ( )
  • é a densidade ( )
  • é a velocidade ( )
  • já calculado ( )
Substituindo os valores:
Primeiro, calculamos :
Agora, calculamos :
Então,

Resposta

A perda de carga total no tubo é de 14.400 Pa.

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Um tubo de aço comercial com rugosidade média de diâmetro interno e 10 m de comprimento é usado para aquecer um líquido em um processo industrial. O líquido entra no tubo a com velocidade média de e é aquecido até por um fluxo de calor uniforme fornecido por uma resistência elétrica que envolve a parede externa do tubo. Assumindo que o escoamento é totalmente desenvolvido e considerando as propriedades do líquido e , obtenha:
(a) O fluxo de calor ( ) a ser fornecido pelo aquecedor ( );
A água com escoa num tubo de 50 mm de diâmetro. Calcule a vazão máxima para que o regime de escoamento seja laminar.
Resposta: ou
As superfícies interna e externa de uma janela de vidro de 0.5 cm de espessura e área de no inverno têm , respectivamente. Considerando que a condutividade térmica
do vidro é , determine a perda de calor através do vidro ao longo de um período de 5 h . Qual seria a sua resposta se a espessura do vidro fosse 1 cm ?
Respostas:
Uma vazão volumétrica de de ar quente a à pressão atmosférica entra em um duto de seção quadrada de que atravessa o sótão de uma casa. O duto tem sua superfície mantida a uma temperatura aproximadamente constante de . Determine a temperatura com que o ar sai do tubo e a taxa de perda de calor. Obtenha as propriedades físicas assumindo que o ar está a uma temperatura média de e utilize o diâmetro hidráulico do duto para obter os parâmetros associados ao escoamento (o diâmetro hidráulico é definido como , onde é a área de escoamento e é o perímetro).
Respostas: e 941 W .