Um pré-aquecedor de óleo consiste em um único tubo de 9 mm de diâmetro e 5 m de comprimento, com sua superfície mantida a
, através de um redemoinho de gases de combustão. O óleo de motor (novo) entra a
. Qual é a vazão que deve ser fornecida para manter a temperatura de saída do óleo a
? Qual a taxa de transferência de calor correspondente?
Passo 1
O enunciado descreve um tubo único de diâmetro interno de
,mm e comprimento de
,m, cuja parede é mantida à temperatura constante de
. O óleo entra a
e precisa sair a
.
Conteúdo: convecção interna em escoamento totalmente desenvolvido laminar com parede à temperatura constante, mais balanço de energia.
Conteúdo: convecção interna em escoamento totalmente desenvolvido laminar com parede à temperatura constante, mais balanço de energia.
Passo 2
Estimamos propriedades típicas de óleo a média de
:
,kg/
,
,J/(k
),
,W/(
).
Para escoamento laminar desenvolvido e parede isotérmica temos o número de Nusselt constante
Passo 3
Calculamos o coeficiente convectivo interno
Passo 4
A área de troca (interna) é
Logo
Passo 5
Para parede a temperatura constante
e fluido com vazão mássica
, a solução da equação de energia ao longo do tubo dá
Substituindo
,
,
e isolando
:
Passo 6
A vazão volumétrica é
A taxa de calor é
Resposta
Vazão mássica
,kg/s (volume
,L/min).
Taxa de transferência de calor ,W.
Taxa de transferência de calor