Questão 3 ( 1,5 pontos) Considere um tubo liso de 1 m de comprimento, com diâmetro de 50 mm , mantido a uma temperatura superficial constante. Água liquida entra no tubo a
com uma vazão mássica de
, e deseja-se aquecê-la até uma temperatura de saída de
. Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção. Dados: As propriedades da água na temperatura de
são:
,
e
.
Passo 1
O enunciado pede o coeficiente de transferência de calor por convecção interna em um tubo com água forçada, de diâmetro
e comprimento
, sabendo a vazão mássica
, temperaturas de entrada e saída de
e
, e propriedades da água a
: condutividade térmica
, viscosidade dinâmica
e número de Prandtl
. Vamos precisar calcular a velocidade média, o número de Reynolds, o número de Graetz, usar a correlação de Nusselt para escoamento laminar em ilha térmica em desenvolvimento e, por fim, obter
.
Passo 2
Calculamos a área da seção transversal e a velocidade média. Admitindo densidade da água
a
:
Passo 3
Calculamos o número de Reynolds e o número de Graetz:
Como
, o escoamento é laminar. Além disso o comprimento térmico de entrada excede
, pois
, logo a camada térmica ainda está em desenvolvimento.
Passo 4
Para escoamento laminar com temperatura de parede constante e região térmica em desenvolvimento, usamos a correlação média de Nusselt (Incropera & DeWitt):
Substituindo
:
Passo 5
Finalmente, o coeficiente de convecção é
Resposta
O coeficiente de transferência de calor por convecção é
.