Exercícios de Escoamento em Dutos Circulares - Lista de Exercícios Resolvida
Questão 1
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.
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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.
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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.
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(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.
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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.
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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 .
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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.
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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 .
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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.
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(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?
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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.
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(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.
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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?
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