3- Água quente escoa a uma vazão mássica de
através de um tubo de aço comercial não isolado de diâmetro interno de
e externo de
). A água entra no tubo a uma temperatura média de
e sai a uma temperatura média de
. O coeficiente de transferência de calor por convecção externo ao tubo (ar ambiente) é de
. A temperatura do ar externo é de
.
Sabe-se que a rugosidade relativa do tubo é de 0,00285 . Considere o tubo com parede delgada.
a) Calcular a perda de calor ao longo do tubo. R:
b) Calcular o coeficiente de transferência de calor por convecção interno. R: 8218,07
c) Determinar o coeficiente global médio.
d) Determinar o comprimento do tubo. R: 194,46 m
a) Calcular a perda de calor ao longo do tubo. R:
b) Calcular o coeficiente de transferência de calor por convecção interno. R: 8218,07
c) Determinar o coeficiente global médio.
d) Determinar o comprimento do tubo. R: 194,46 m
Passo 1
O enunciado dá água quente escoando por um tubo de aço não isolado, de diâmetros interno
e externo
, com vazão de
. A água entra a
e sai a
. O coeficiente de convecção externa é
com o ar a
. A parede é “delgada” e a rugosidade relativa é
. Precisamos calcular:
- a) a perda de calor
, - b) o coeficiente de convecção interno
, - c) o coeficiente global médio
, - d) o comprimento do tubo
.
Passo 2
Calculamos primeiro a vazão mássica e a perda de calor.
A vazão volumétrica é
A vazão volumétrica é
Adotando densidade média
e capacidade térmica
ao redor de
, temos
A queda de temperatura é
, então
Passo 3
Para
fazemos o escoamento interno turbulento e usamos a correlação de Gnielinski. Primeiro a velocidade média
Propriedades da água a
:
O número de Reynolds é
O número de Reynolds é
A rugosidade absoluta é
. Usamos a fórmula de Haaland para o fator de atrito
:
A correlação de Gnielinski dá
logo
Passo 4
Como a parede é delgada, desprezamos a resistência por condução e escrevemos
Passo 5
Finalmente, para o comprimento usamos o balanço de calor por
. As diferenças de temperatura na entrada e saída são
Como
, temos
Resposta
a)
b)
c)
d)
b)
c)
d)