Água a
escoa ao longo de um tubo de cobre fino (de
de diâmetro interno) a uma velocidade de
. O duto está localizado em um ambiente a
, e o coeficiente de transferência de calor na superfície externo do duto é de
.K. Determine o coeficiente de transferência de calor na superfície interna.
Passo 1
Beleza, mochila nas costas e vamos lá. O problema fala de água a 80 °C correndo num cano de cobre de 15,2 cm de diâmetro interno, com velocidade de 7,6 m/s. Lá fora o ar está a 15 °C e “paga” um coeficiente de convecção externo de 14,1 W/m²K. A gente precisa achar o coeficiente de convecção na parte interna do tubo.
Conteúdo: convecção interna forçada de fluidos (neste caso água) e correlação de Dittus–Boelter. Vamos precisar:
Conteúdo: convecção interna forçada de fluidos (neste caso água) e correlação de Dittus–Boelter. Vamos precisar:
- Propriedades da água a uma temperatura‐filme (média entre 80 °C e 15 °C).
- Número de Reynolds (Re) para saber se o escoamento é turbulento.
- Número de Prandtl (Pr).
- Equação de Dittus–Boelter:
,
ondese o fluido está esfriando. - Finalmente calcular
.
Passo 2
Calcular o número de Reynolds:
Re = .
Escolhendo propriedades da água à temperatura‐filme :
ρ≈990 kg/m³, μ≈5,5×10⁻⁴ Pa·s.
Então
Re =
Escolhendo propriedades da água à temperatura‐filme
ρ≈990 kg/m³, μ≈5,5×10⁻⁴ Pa·s.
Então
bem no regime turbulento.
Passo 3
Calcular o número de Prandtl:
Pr = .
Em , digamos
J/kg·K e
W/m·K.
Pr =
Em
Passo 4
Aplicar Dittus–Boelter (fluido esfriando →
):
Passo 5
Por fim, achar
:
Resposta
O coeficiente de transferência de calor na superfície interna vale cerca de