Óleo motor é aquecido ao escoar através de um tubo circular com diâmetro
e comprimento
, cuja superfície é mantida em
. Se a vazão de escoamento e a temperatura do óleo na entrada do tubo forem de
e
, calcule:
(dados para o óleo:
;
)
a. Qual será a temperatura do óleo na saída do tubo?
b. Qual a taxa de transferência de calor total no tubo?
(dados para o óleo:
a. Qual será a temperatura do óleo na saída do tubo?
b. Qual a taxa de transferência de calor total no tubo?
Passo 1
O enunciado trata de óleo que escoa num tubo circular de diâmetro
e comprimento
, com a parede mantida a
. A vazão mássica é
e a temperatura de entrada
. O conteúdo é transferência de calor por convecção interna e balanço de energia no escoamento. Vamos precisar de: número de Reynolds para caracterizar o regime, correlação de Nusselt para fluxo laminar em tubo com parede a temperatura constante, coeficiente global de convecção
e integração do balanço de energia.
Passo 2
Calcular a velocidade média e o número de Reynolds. A área da seção é
O caudal volumétrico é
logo a velocidade média é
O número de Reynolds vale
ou seja, escoamento laminar.
Passo 3
Para escoamento interno laminar totalmente desenvolvido termicamente com parede a temperatura constante, usa-se a correlação
Assim, o coeficiente de convecção é
Passo 4
Fazer o balanço de energia no escoamento. Escrevendo a variação de temperatura ao longo do tubo,
onde
é o perímetro molhado. Integrando de
a
e de
a
obtém-se
Calculando os parâmetros:
Logo
Passo 5
A potência térmica transferida é
Resposta
a.
b.
b.