Seja um tubo metálico de parede delgada, com comprimento L = 1 m e diâmetro interno Di = 3 mm. Água entra no tubo a uma vazão m = 0,015 kg/s e Tm,ent = 97°C.

(a) Qual é a temperatura de saída da água se a temperatura na superfície do tubo for mantida a 27°C?

(b) Se uma camada com 0,5 mm de espessura de um isolante térmico com k = 0,05 W/(m · K) for aplicada sobre o tubo e sua superfície externa for mantida em 27°C, qual será a temperatura de saída da água?

(c) Se a superfície externa do isolante térmico não for mais mantida a 27°C, mas sim for permitida a troca de calor por convecção natural entre essa superfície e o ar ambiente a 27°C, qual será a temperatura de saída da água? O coeficiente de transferência de calor para a convecção natural é de 5 W/(m2 · K).

Passo 1

Beleza galerinha, vamos lá! Para cada um dos três casos, o calor é transferido da água quente para uma superfície (ou do ar) que está a uma temperatura fixa (27°C). Assim, uma expressão da forma dada por Eq. 8.41b pode ser usada para determinar a temperatura de saída da água, desde que seja utilizado o coeficiente de transferência de calor apropriado. Em particular, cada um dos casos pode ser descrito pela Eq. 8.45a.

Referente ao circuito térmico associado à transferência de calor a partir da água,

e o produto UA pode ser avaliado como,

(a) Para o primeiro caso:

Da eq 8.60,

Passo 2

(b) Para o segundo caso,

Com

Temos,

E a temperatura de saída,

Passo 3

(c) Para o terceiro caso,

Resposta

a )   T m , o = 35.1   ° C

b )   T m , o = 9 5 . 8   ° C

c )   T m , o = 96 . 9   ° C

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