Exercícios de Escoamento Anular entre Tubos Concêntricos - Lista de Exercícios Resolvida

É prática comum recuperar calor em fornalhas que queimam óleo ou gás através da utilização dos gases de exaustão no preaquecimento do ar de combustão.

Um dispositivo normalmente utilizado para esse propósito é composto por um arranjo de tubos concêntricos no qual os gases de exaustão escoam no tubo interno e o ar de combustão, mais frio, escoa pela região anular.

Considere condições nas quais há uma taxa de transferência de calor uniforme por unidade de comprimento do tubo, , dos gases de exaustão para a superfície interna do tubo interno, enquanto o ar escoa pela passagem anular a uma vazão de .

O tubo interno, com parede delgada, tem diâmetro , enquanto o tubo externo, que está isolado da vizinhança, possui diâmetro . As propriedades do ar podem ser consideradas iguais a , , e .

Se o ar entra no arranho a e , qual é a temperatura do ar na saída ?

Se o escoamento do ar é plenamente desenvolvido ao longo de toda a região anular, qual é a temperatura do tubo interno nas seções de entrada e de saída do arranjo? Qual é a temperatura do tubo externo na entrada do arranjo ?

Ao longo do processo de fabricação de barras de chocolate, o chocolate é aquecido usando uma tubulação anular. Vapor saturado escoa na região interna, e o chocolate escoa através da região anular.

O tubo interno tem diâmetro igual a e o tubo externo tem diâmetro igual a , e ambos têm espessura muito pequena. A temperatura da superfície do tubo interno pode ser considerada constante e igual a , e a parede externa do anular está termicamente isolada. de chocolate entram no duto a e devem ser aquecidos até .

Considere o escoamento totalmente desenvolvido e as propriedades do chocolate constantes: . Determine:

O fluxo de calor fornecido ao chocolate.

O coeficiente de troca de calor médio, entre a parede do tubo e o chocolate.

O comprimento necessário para o tubo.

(Adaptado) Um arranjo de tubos concêntrico, para o qual os diâmetros interno e externo são e , respectivamente, é usado para remover calor de uma reação bioquímica ocorrendo em um tanque de repouso.

Calor é gerado uniformemente no interior do tanque a uma taxa de e uma vazão de de água é alimentada na região anular.

Determine a temperatura de entrada da água vinda do suprimento que irá manter uma temperatura da superfície do tanque média de . Suponha escoamento e condições térmicas plenamente desenvolvidas.

Utilize as seguintes propriedades para a água:

Considere um arranjo de tubos concêntricos, para o qual os diâmetros interno e externo são e , respectivamente. O tubo interno é denso e é um reator bioquímico que gera calor a uma taxa de . O raio externo define uma região anular por onde escoa ar.

O conjunto está envolvido por um isolante com condutividade de com de espessura. E todo o sistema está em uma sala a uma temperatura ambiente tal que a superfície externa do isolante esteja a . Qual a vazão de ar necessária para manter a superfície do reator a ?

Admita que o escoamento de ar seja plenamente desenvolvido. As propriedades termofísicas do ar são dadas pelo valor das propriedades a 300K.

Um aquecedor de ar para aplicação industrial é constituído por dois tubos concêntricos, isolados para o lado externo. Nesse sistema o vapor d’água saturado escoa através do tubo central (interior), que tem parede delgada.

Ar escoa através da região anular e a condensação do vapor mantém uma temperatura uniforme de na superfície do tubo.

Considere condições nas quais o ar entra no tubo central, de diâmetro , a uma temperatura de e a uma vazão de , enquanto vapor saturado condensa na superfícies externa do tubo.

Sendo o comprimento do sistema e o diâmetro externo , qual é a temperatura de saída do ar?

Para as condições do problema anterior, qual deve ser o comprimento da região anular se a vazão da água for de ao invés de ?

Água, a e , entra em uma região anular formada por uma tubo interno com diâmetro e um tubo externo com diâmetro .

Vapor d’água saturado escoa pelo tubo interno, mantendo a sua superfície a uma temperatura uniforme de , enquanto a superfície externa do tubo externo é isolada.

Se condições plenamente desenvolvidas podem ser admitidas ao longo de toda a região anular, qual deve ser o comprimento do sistema para fornecer uma temperatura de saída da água de ?

Qual é o fluxo térmico saindo do tubo interno na seção de saída do sistema?