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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 37

Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção do escoamento de ( a ) ar e ( b ) água a uma velocidade de 5   m / s em um tubo de 8   c m de diâmetro e 10   m de comprimento quando o tubo é submetido a um fluxo de calor uniforme em todas as superfícies. Use as propriedades do fluido a 25   ° C .

Dados para o ar: k = 0,02551 W m ∙ ℃ ; v = 1,562 × 10 - 5 m 2 s ; P r = 0,7296 .

Dados para água: ρ = 997 k g m 3 ; k = 0,607 W m ∙ ℃ ; v = μ ρ = 0,891 × 10 - 3 997 = 8,937 × 10 - 7 m 2 s ; P r = 6,14 .

Passo 1

Analisando o número de Reynolds, temos que:

R e = V D v = 5 m s 0,08   m 1,562 × 10 - 5 m 2 s = 25,608 > 10.000

Logo temos que o escoamento é turbulento. Utilizando a formulação para encontrarmos o comprimento hidrodinâmico para escoamento turbulento...

L h ≈ 10 D = 10 0,08   m = 0,8   m < 10   m

Como o comprimento hidrodinâmico é menor do que o comprimento do tubo, nós podemos assumir que o escoamento é completamente desenvolvido.

Passo 2

Para escoamento turbulento e completamente desenvolvido, segue abaixo a formulação para encontrarmos o número de Nusselt, considerando que o escoamento em analise seja o ar:

N u = h D k = 0,023 R e 0,8 P r 0,4 = 0,023 25,608 0,8 0,7296 0,4 = 68,18  

Portanto o coeficiente de transferência de calor será de:

h = k D N u = 0,02551 W m ∙ ℃ 0,08   m 68,18 = 21,7 W m 2 ∙ ℃

Passo 3

Analisando o número de Reynolds, temos que:

R e = V D v = 5 m s 0,08   m 8,937 × 10 - 7 m 2 s = 447,577 > 10.000

Logo temos que o escoamento é turbulento.

Passo 4

Para escoamento turbulento e completamente desenvolvido, segue abaixo a formulação para encontrarmos o número de Nusselt, considerando que o escoamento em analise seja o ar:

N u = h D k = 0,023 R e 0,8 P r 0,4 = 0,023 447,577 0,8 6,14 0,4 = 1576  

Portanto o coeficiente de transferência de calor será de:

h = k D N u = 0,607 W m ∙ ℃ 0,08   m 1576 = 11,960 W m 2 ∙ ℃

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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