4- Considere um sistema para aquecimento de ar a partir do escoamento em um tubo. O ar entra no tubo a uma temperatura de 300 K e uma velocidade média de 1,0 \mathrm{~m} / \mathrm{s}. O tubo possui um comprimento de 3,5 \mathrm{~m} e diâmetro interno de 30 mm , considere um tubo de parede delgada. Externamente ao tubo, vapor saturado condensa a uma temperatura de 350 K. Determinar:
a) o comprimento de entrada hidrodinâmico e térmico.
b) o número de Nusselt, o coeficiente de transferência de calor por convecção e a temperatura média do ar, conforme Tabela a seguir.
O ar entra no tubo a T_{\mathrm{in}}=300\\ \mathrm{K}, velocidade média U=1{,}0\\ \mathrm{m/s}, diâmetro D=0{,}030\\ \mathrm{m}, comprimento total L=3{,}5\\ \mathrm{m}. A parede é delgada e a temperatura externa de condensação é T_{w}=350\\ \mathrm{K}.
Conteúdo: escoamento laminar em duto, comprimentos de entrada hidrodinâmico e térmico, convecção interna termicamente desenvolvida/ em desenvolvimento, correlação local de Nusselt e balanço de energia para obter T_{m}(x).
Passo 2
Adotamos temperatura-filme T_{f}=(300+350)/2=325\\ \mathrm{K}. Propriedades do ar a 325 K (tabela ou livro-texto): \rho=1{,}086\\ \mathrm{kg/m^3}, \mu=1{,}92\times10^{-5}\\ \mathrm{Pa\cdot s}, k=0{,}0282\\ \mathrm{W/(m\cdot K)}, c_{p}=1007\\ \mathrm{J/(kg\cdot K)}.
Calcula-se