Em uma usina de potência, tubos de transporte de vapor superaquecido são muito comuns. Vapor superaquecido escoa a uma taxa de
dentro do tubo de 5 cm de diâmetro e 10 m de comprimento. O tubo está localizado em um atmosfera em
e a superfície do tubo é uniforme de
. Considerando que a queda de temperatura entre a entrada e a saída é
e o calor específico do vapor é
, determine o coeficiente de transferência de calor
como resultado da convecção entre a superfície do tubo e arredores.
Figura 2: Esquema para resolução do exercícios-2
Passo 1
Então, vamos lá! O exercício fala sobre tubos que transportam vapor superaquecido em uma usina de potência. A gente precisa calcular o coeficiente de transferência de calor por convecção (
) entre a superfície do tubo e o ambiente. Para resolver isso, vamos usar conhecimentos de transferência de calor, especificamente a fórmula da convecção, e precisamos das informações sobre a taxa de fluxo de massa, temperaturas envolvidas, propriedades do vapor e dimensões do tubo.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor (
) que está sendo transferida pelo vapor. Para isso, usamos a fórmula:
Onde:
-
é a taxa de fluxo de massa (0,3 kg/s) -
é o calor específico do vapor (2190 J/kg·K) -
é a variação de temperatura (30°C)
Vamos substituir os valores:
Então, a taxa de transferência de calor é 19.710 Watts.
Passo 3
Agora, precisamos calcular a área de superfície do tubo (
) pela qual o calor está sendo transferido. A fórmula para a área lateral de um cilindro é:
Onde:
-
é o diâmetro do tubo (5 cm = 0,05 m) -
é o comprimento do tubo (10 m)
Substituindo os valores:
Então, a área de superfície do tubo é aproximadamente 1,5708 metros quadrados.
Passo 4
Com a taxa de transferência de calor (
) e a área (
) conhecidas, podemos usar a fórmula da convecção para encontrar o coeficiente de transferência de calor (
):
Queremos isolar
, então rearranjamos a equação:
Substituindo os valores que já temos:
Resposta
O coeficiente de transferência de calor por convecção (
) é aproximadamente
.