Um tubo de parede delgada, com diâmetro de 6 mm e comprimento de 20 m, 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 200°C e a uma vazão mássica de 0,003 kg/s. Ventos do outono, a uma temperatura de 15°C, sopram em direção cruzada ao tubo a uma velocidade de 5 m/s. Considere as propriedades termofísicas dos gases de exaustão iguais às do ar.

(a) Estime o coeficiente de transferência de calor médio para os gases de exaustão escoando no interior do tubo.

(b) Estime o coeficiente de transferência de calor para o ar que escoa em escoamento cruzado sobre a superfície externa do tubo.

(c) Estime o coeficiente global de transferência de calor U e a temperatura dos gases de exaustão quando eles chegam ao laboratório.

Passo 1

Beleza galerinha, vamos lá! (a) Para o fluxo interno através do tubo assumindo um valor para Tm,o = 15°C, encontramos:

Assim, o fluxo é turbulento e, desde L/D >> 10, totalmente desenvolvido. Usando a correlação Dittus-Doelter com n = 0,3,

Passo 2

(b) Para o fluxo cruzado sobre o tubo circular, encontrar utilizando as propriedades termofísicas em T∞,

e usando a correlação Zukauskus com C = 0,26, m = 0,6, e n = 0,37,

onde o Prs é avaliado na T. Daí,

Passo 3

(c) Assumindo que a resistência térmica da parede do tubo é insignificante,

A temperatura de saída do gás pode ser determinada a partir da expressão onde P = πD,

Resposta

a ) h i = 409   W / m 2 K

b ) h o = 93.4   W / m 2 K

c ) T m , o = 15 ° C

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