Um tubo tem 2 polegadas de diâmetro interno, 2,2 polegadas de diâmetro externo e comprimento 12 m . Esse tubo transporta água a
e sua finalidade é pré-aquecer a água. Para tanto, o tubo passa no interior de uma caldeira. Se a temperatura da água na entrada do tubo for
e na saída
, determinar o coeficiente convectivo de transferência de calor associado a esse escoamento.
Resposta:
.
Resposta:
Passo 1
Ok, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem um tubo com diâmetro interno de 2 polegadas e externo de 2,2 polegadas, com 12 metros de comprimento. Esse tubo transporta água a uma velocidade de
e está dentro de uma caldeira, onde a água esquenta de
para
. Nosso objetivo aqui é encontrar o coeficiente convectivo de transferência de calor, que a gente representa pela letra
.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender que o coeficiente convectivo
nos diz o quão eficiente é a transferência de calor entre a superfície do tubo e a água que está fluindo por dentro dele. Para calcular isso, vamos usar a equação da transferência de calor por convecção:
Onde:
-
é a quantidade de calor transferida. -
é a área de troca de calor. -
é a diferença de temperatura.
Passo 3
Mas antes de aplicar essa equação, precisamos calcular a quantidade de calor transferida,
. Para isso, usamos a fórmula da energia térmica:
Onde:
-
é a massa de água que passa pelo tubo por segundo. -
é a capacidade térmica específica da água. -
é a diferença de temperatura.
Passo 4
Vamos calcular
. Sabemos que a velocidade da água é
e o diâmetro interno do tubo é 2 polegadas. Primeiro, convertemos o diâmetro para metros:
O raio,
, é metade disso:
A área da seção transversal,
, é:
Agora, a massa de água por segundo é:
Assumindo que a densidade da água,
, é aproximadamente
:
Passo 5
A capacidade térmica específica da água,
, é cerca de
. A diferença de temperatura,
, é
.
Então, a quantidade de calor transferida por segundo é:
Passo 6
Agora, precisamos encontrar a área de troca de calor,
. Como o tubo tem 12 metros de comprimento e o diâmetro externo é 2,2 polegadas, vamos converter para metros:
A área externa do tubo é:
Passo 7
Finalmente, aplicamos a fórmula da transferência de calor para encontrar
:
Isolando
:
Resposta
O coeficiente convectivo de transferência de calor é
.
Exercícios relacionados
Um tubo de aço (
, com 30 mm de diâmetro e 5 mm de espessura da parede, é isolado com fibra de vidro (
) de 20 mm de espessura. O tubo passa por um ambiente a 300 K, estando sua superfície a 320 K . Determine a taxa de calor perdido por unidade de comprimento do tubo se o ar da sala estiver a
de velocidade. Usar as duas correlações disponíveis.
Em um certo dia calmo, uma inversão moderada faz a temperatura atmosférica permanecer constante em
entre o nível do mar e a 5000 m de altitude. Nestas condições, (1) Calcule a variação de elevação para que ocorra uma redução de 3% na pressão do ar. (2) determine a variação de elevação necessária para que ocorra uma redução de 5% na massa específica.(Sugestão: considere o ar como um gás ideal e
)
a. (1) (2)
b. (1) (2)
c. (1) (2)
d. (1) (2)
e. (1) (2)
a. (1)
b. (1)
c. (1)
d. (1)
e. (1)
Deseja-se projetar uma tubulação para elevar a temperatura da água de
para
. Dispõem-se de tubos de
de diâmetro e pretende-se manter a temperatura da parede em
. Se a vazão da água for
, qual deverá ser o comprimento do tubo?
Numa unidade industrial, ar, a uma velocidade de
e temperatura de
, encontra-se em escoamento cruzado sobre um cilindro com 10 mm de diâmetro e cuja superfície é mantida a
. Calcule a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento do cilindro.
Resposta: .
Resposta: