Exercício 6: Um tubo de 2 cm de diâmetro tem a parede mantida à temperatura de
. Água saturada entra no tubo a uma temperatura média de
saindo a uma temperatura média de
. Se a água entra com velocidade de
, calcule o comprimento do tubo necessário para o aquecimento nas seguintes condições:
Tubo rugoso com rugosidade relativa igual a 0,001 .
Tubo rugoso com rugosidade relativa igual a 0,001 .
Passo 1
O enunciado dá um tubo de diâmetro
com a parede mantida a
. Água saturada entra a
e sai a
com velocidade
. Queremos o comprimento
necessário para esse aquecimento.
Conteúdo: transferência de calor convectiva interna em escoamento turbulento. Vamos precisar de correlações para determinar o coeficiente global de transferência de calor por convecção e então aplicar o balanço de energia com temperatura de parede constante.
Conteúdo: transferência de calor convectiva interna em escoamento turbulento. Vamos precisar de correlações para determinar o coeficiente global de transferência de calor por convecção
Passo 2
Escolhemos a temperatura média do escoamento
e tomamos propriedades da água a
:
,
,
,
.
Calculamos o número de Reynolds
Calculamos o número de Reynolds
e o número de Prandtl
Passo 3
Como o tubo é rugoso (
), usamos a fórmula de Haaland para obter o fator de atrito
:
Substituindo
e
achamos
Passo 4
Para fluxo turbulento e parede lisa ou rugosa, a correlação de Gnielinski dá
Com
,
,
, obtemos aproximadamente
Então o coeficiente convectivo é
Passo 5
A vazão mássica é
O perímetro interno do tubo é
Passo 6
Com parede a temperatura constante, o balanço de energia fornece
onde
,
,
. Substituindo
Resposta
O comprimento do tubo necessário é aproximadamente
.