65 – Um tubo em uma fábrica transporta vapor superaquecido a uma taxa de fluxo de massa de . O tubo tem de comprimento, de diâmetro interno e espessura da parede de e condutividade térmica de , com temperatura uniforme na superfície interna de . A queda de temperatura entre a entrada e a saída do tubo é de , e o calor específico em pressão constante do vapor é . Considerando que a temperatura do ar na fábrica é de , determine o coeficiente de transferência de calor como resultado da convecção entre a superfície externa do tubo e o ar no entorno.

A perda de calor da entrada para a saída do tubo é devida à condução.

Taxa de perda de calor da entrada à saída = Taxa de perda de calor devido à condução através das paredes do tubo.

Aqui,  é a vazão mássica do vapor superaquecido, o calor específico sob pressão constante,  a queda de temperatura entre a entrada e a saída do tubo, a condutividade térmica do tubo,  o comprimento do tubo, e são as temperaturas no raio interno e externo do tubo.

Substituindo pelos valores fornecidos no enunciado, temos:

A transferência de calor devido à condução será distribuída ao ambiente por meio de convecção.

Taxa de transferência de calor devido à condução = Taxa de transferência de calor devido à convecção

Aqui,  está o coeficiente de transferência de calor e a temperatura do ar circundante.

Substituindo pelos valores conhecido, temos:

Assim, o coeficiente de transferência de calor devido à convecção entre a superfície externa do tubo e o ar circundante é