Um tubo de 7 cm de diâmetro interno e 7 m de comprimento é usado em um trocador de calor para o escoamento de água a
de
a
. A perda de carga na tubulação é de
. Determine o calor trocado sabendo que o escoamento é descendente.
Dados:
Dados:
Passo 1
Então, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um tubo com diâmetro interno de 7 cm e comprimento de 7 metros, onde passa água com uma vazão de
, aquecendo de
para
. A perda de carga no tubo é de 4,1 metros. Nosso objetivo é determinar a quantidade de calor trocado nesse processo. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, como a capacidade calorífica específica, e conceitos de fluidos, como a perda de carga.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a massa de água que está passando pelo tubo por segundo. Sabemos que a vazão volumétrica (
) é
e a densidade (
) da água é
. A massa de água por segundo (
) é dada por:
Passo 3
Agora, vamos usar a fórmula da quantidade de calor (
) transferida, que depende da massa de água, da capacidade calorífica específica (
) e da variação de temperatura (
):
Onde:
Substituindo os valores:
Passo 4
Além disso, a perda de carga de 4,1 metros indica a quantidade de energia associada à resistência do fluxo no tubo. Podemos calcular o trabalho realizado contra essa resistência usando:
Onde:
Calculando:
Esse valor representa a energia dissipada devido à perda de carga.
Resposta
A quantidade de calor trocado no processo é de aproximadamente 2510,4 W.