Um aparato, usado em uma sala de cirurgia para resfriar sangue, consiste em um tubo com serpentina que está imerso em um banho de gelo. Usando esse aparato, sangue, escoando a
, deve ser resfriado de
para
. O diâmetro interno do tubo é
e o coeficiente de transferência de calor entre o banho de gelo e a superfície externa do tubo é
. A resistência térmica da parede do tubo pode ser desprezada.
Determine o comprimento requerido do tubo para executar o resfriamento desejado. As propriedades do sangue são:
Passo 1
Resumindo, precisamos determinar o comprimento
de um tubo de diâmetro interno
para resfriar sangue de
a
. O sangue escoa a
e está imerso num banho a
com coeficiente convectivo externo
. Desprezamos a resistência da parede. Dados do sangue:
,
,
,
.
Conteúdo: convecção interna em escoamento laminar, cálculo de coeficiente global , método do
e área de troca.
Conteúdo: convecção interna em escoamento laminar, cálculo de coeficiente global
Passo 2
Calculamos a vazão mássica, o número de Reynolds e o coeficiente convectivo interno
.
Vazão volumétrica em :
Vazão volumétrica em
Área da seção interna:
Velocidade média:
Reynolds interno:
escoamento laminar. Para parede a temperatura constante,
logo
Passo 3
Coeficiente global de transferência de calor
:
Passo 4
Potência térmica removida do sangue:
Log-mean temperature difference
com temperatura externa fixa a
:
Passo 5
Área de troca necessária e comprimento do tubo:
Resposta
O comprimento requerido do tubo é aproximadamente
.