Exercício 2. Um tubo horizontal de diâmetro
conduz um produto a
, com coeficiente de película
. O tubo é de aço, de coeficiente de condutibilidade térmica
; tem
de comprimento e está mergulhado num tanque de água a
, com coeficiente de película 485
. O tubo deve ter 1,5 aletas por centímetro de tubo. As aletas, circulares são feitas de chapa de aço, de
" de espessura e 2 " de altura. Pede-se:
a) o fluxo de calor pelo tubo, sem aletas;
b) a temperatura da superfície externa do tubo, sem aletas;
c) o fluxo de calor pelo tubo aletado, considerando a mesma temperatura calculada anteriormente na superfície externa.
a) o fluxo de calor pelo tubo, sem aletas;
b) a temperatura da superfície externa do tubo, sem aletas;
c) o fluxo de calor pelo tubo aletado, considerando a mesma temperatura calculada anteriormente na superfície externa.
Passo 1
O enunciado trata de troca de calor num tubo cilíndrico horizontal de diâmetro interno
e comprimento
. Há convecção interna com coeficiente
(produto a
) e convecção externa com
(água a
). O tubo é de aço com
, mas consideraremos parede infinitamente delgada (resistência de condução desprezível). Pede-se:
a) fluxo de calor sem aletas;
b) temperatura da superfície externa sem aletas;
c) fluxo de calor com 1,5 aletas por cm (total de 120 aletas em ), cada aleta tipo retangular de espessura
, altura
, usando a temperatura de superfície calculada no item b).
a) fluxo de calor sem aletas;
b) temperatura da superfície externa sem aletas;
c) fluxo de calor com 1,5 aletas por cm (total de 120 aletas em
Passo 2
Sem aletas, a resistência total por unidade de área é
logo
A área externa do tubo é
O salto de temperatura é
. Então o fluxo é
Passo 3
A temperatura da superfície externa
vem de
Passo 4
Com aletas retangulares presas ao tubo, a transferência externa é aumentada.
Calculamos primeiro o parâmetro
Calculamos primeiro o parâmetro
e o comprimento de aleta
dá
Cada aleta tem área lateral em duas faces
No tubo há
aletas por cm, i.e.\ 150 por metro, logo em
há 120 aletas e
A área efetiva das aletas é
.
Mantém-se a área de base do tubo . Portanto a área total efetiva é
Mantém-se a área de base do tubo
O salto de temperatura externo agora é
, então
Resposta
a)
b)
c)
b)
c)