Exercício 3. Um tubo de diâmetro
e 65 cm de comprimento deve receber aletas transversais, circulares, de
de espessura, separadas de 2 mm uma da outra. As aletas têm 5 cm de altura. No interior do tubo circula um fluido a
. O ar ambiente está a
, com coeficiente de película 12
. A condutividade térmica do material da aleta é
o C . Determinar o fluxo de calor pelo tubo aletado.
Passo 1
O enunciado pede o fluxo de calor de um tubo aletado submetido a convecção externa. O conteúdo é transferência de calor por superfície estendida (aletas circulares) com condução na aleta e convecção no ar. Vamos precisar de:
- Converter dimensões para o SI.
- Calcular o número de aletas.
- Determinar o parâmetro
da aleta retangular equivalente. - Avaliar a eficiência da aleta
. - Calcular áreas: total de aletas e área do tubo livre de aletas.
- Calcular a área efetiva e, por fim, o fluxo
.
Passo 2
Converter todas as dimensões para metros:
Passo 3
Número de aletas
(passo espessur
ap):
Passo 4
Modelamos cada aleta circular como retangular de espessura
e comprimento
, largura igual à circunferência média
Parâmetro
onde
e
.
Passo 5
Comprimento adimensional
Aproximamos eficiência com aleta retangular de ponta adiabática:
Passo 6
Área de uma aleta (duas faces, sem bordas):
Área total de aletas:
Passo 7
Área do tubo sem aletas (área de base livre), removendo o “pé” das aletas:
Passo 8
Área efetiva total:
Passo 9
Temperatura do fluido interno
, ar
,
.
Fluxo de calor:
Fluxo de calor:
Resposta
O fluxo de calor do tubo aletado é