Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 65
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,
