Exercícios de Escoamento em Dutos Circulares - Lista de Exercícios Resolvida

Os gases de exaustão de um forno de processamento de fios são descarregados em uma grande chaminé e as temperaturas do gás da superfície na saída da chaminé devem ser estimadas.

O conhecimento da temperatura de saída do gás é útil para estimar a dispersão dos efluentes na pluma térmica, enquanto o conhecimento da temperatura da superfície de saída da chaminé indica se irá ocorrer a condensação dos produtos gasosos.

A chaminé cilíndrica e com parede delgada possui de diâmetro e de altura. A vazão dos gases de exaustão é de e a temperatura de entrada dos gases é de .

Considere condições nas quais a temperatura do ar ambiente, a velocidade do vento e o coeficiente convectivo externo são de e , respectivamente. Aproximando as propriedades termofísicas do gás por aquelas do ar atmosférico, estime as temperaturas de saída do gás e da superfície da chaminé em sua saída para as condições dadas.

Água a e velocidade média de entra em um tubo de de diâmetro, cuja temperatura de parede é mantida em . O comprimento do tubo é de . Calcule:

Coeficiente médio de transferência de calor no tubo;

Temperatura da água na saída do tubo;

Taxa de calor trocado entre o tubo e a água.

Óleo de motor escoa através de um tubo de de diâmetro interno a uma vazão de . O óleo entra no tubo a uma temperatura de , enquanto que a temperatura da superfície do tubo é mantida a . Determine o comprimento do tubo para que a temperatura do óleo seja de na saída. As propriedades termofísicas do óleo de motor são dadas na tabela.

(Adaptado) Óleo de motor escoa através de um duto quadrado de de lado e de comprimento a uma vazão de . O óleo entra no duto a uma temperatura de , enquanto que o fluxo de calor pela superfície do duto é mantido constante.

Determine qual a carga térmica que deve ser adicionada ao óleo para que a temperatura do óleo seja de na saída.

As propriedades termofísicas do óleo de motor são dadas pela tabela.

Um tubo de parede delgada, com diâmetro de e comprimento de , é usado para transportar gases de exaustão de uma chaminé até o laboratório, em um prédio próximo, para análise.

O gás entra no tubo a e a uma vazão mássica de . Ventos do outono trocam calor com a parede do tubo com um coeficiente de transferência de calor por convecção de . Considere as propriedades termofísicas dos gases de exaustão iguais à do ar.

Estime o coeficiente de transferência de calor médio para os gases de exaustão escoando no interior do tubo.

Estime o coeficiente global de transferência de calor e a temperatura dos gases de exaustão quando eles chegam ao laboratório.

Um duto com parede delgada e sem isolamento térmico, com diâmetro de , é usado para conduzir ar refrigerado a uma vazão de através do sótão de um grande prédio comercial.

O ar no sótão encontra-se a e a circulação natural fornece um coeficiente de transferência de calor por convecção de na superfície externa do duto.

Se o ar refrigerado entra no duto, com de comprimento, a uma temperatura de , quais são a sua temperatura na saída do duto e a taxa de transferência de calor absorvida pelo ar?

As propriedades do ar refrigerado podem ser avaliadas a uma temperatura média estimada de .

Água de resfriamento escoa através dos tubos, com paredes delgadas e diâmetros de , de um condensador de valor d’água a uma velocidade de , enquanto uma temperatura superficial de é mantida pela condensação do valor.

A temperatura de entrada da água é de e os tubos têm de comprimento.

Qual é a temperatura de saída da água? Determine as propriedades da água a uma temperatura média estimada de .

O valor estimado para foi razoável? Se não, repita o cálculo usando valores para as propriedades determinados a uma temperatura mais apropriada.

Água escoa através de um tubo liso, de diâmetro igual a . A água entra na tubulação a e , e é aquecida até uma temperatura igual a . A temperatura da tubulação é mantida a .

Determine o comprimento necessário para o aquecimento. Considere as propriedades da água à temperatura de mistura iguais a: , , , e , e a viscosidade a igual a .

Óleo de motor é aquecido ao escoar através de um tubo circular com diâmetro e comprimento , cuja superfície é mantida em .

Se a vazão de escoamento e a temperatura do óleo na entrada do tubo forem de e , qual será a temperatura do óleo na saída do tubo ? Qual é a taxa de transferência de calor total no tubo?

Dica: Use como chute a temperatura de saída igual a para encontrar as propriedades do óleo.

(Adaptado) Você está projetando um trocador de calor para salas de cirurgia para resfriar sangue (desviado do paciente) de para , pela sua passagem por uma serpentina imersa em um vaso que contém uma mistura de água e gelo.

A vazão volumétrica é de ; o diâmetro do tubo é de ; e e representam as temperaturas de entrada e saída do sangue. Despreze os efeitos da intensificação da transferência de calor associados à curvatura do tubo.

A que temperatura você estimaria as propriedades do fluido ao determinar o valor de   em todo o comprimento do tubo?

Se as propriedades do sangue estimadas na temperatura da parta são , , e , qual é o número de Prandtl do sangue?

O escoamento do sangue é laminar ou turbulento?

Desprezando todos os efeitos de entrada e supondo condições plenamente desenvolvidas, calcule o valor de para a transferência de calor no sangue.

Qual é a taxa de perda de calor total no sangue ao passar pelo tubo?

Óleo motor usado, inicialmente a , escoa através de um tubo de diâmetro interno com vazão de . Este duto é envolto por uma camisa contendo vapor d'água saturado a . Sabendo que o duto tem de comprimento determine a temperatura de saída do óleo.

(Adaptado) Óleo a escoa lentamente através de um tubo longo com parede delgada e diâmetro interno de . O tubo está suspenso em uma sala na qual a temperatura do ar é de e o coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície externa do tubo é de .

Estime a perda de calor por unidade de comprimento do tubo.

Um tubo metálico com parede fina e de diâmetro e espessura desprezível, transporta vapor d'água superaquecido à pressão atmosférica e encontra-se pendurado no teto de uma grande sala.

A temperatura do vapor na entrada do tubo é de e a temperatura do ar é de . O coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície externa do tubo revestido é de .

Se a velocidade do vapor for de , em que posição ao longo do tubo o vapor irá condensar?

Água em escoamento através de um tubo com de diâmetro e a uma vazão de deve ser aquecida de a pela manutenção da superfície do tubo a uma temperatura de .

Qual é o comprimento do tubo necessário nessas condições?