Ar seco escoando com uma velocidade média do escoamento de
será aquecido passando através de uma tubulação aquecida eletricamente. O diâmetro interno do tubo é de
e a seção de aquecimento possui
de comprimento. A seção de aquecimento é precedida por uma seção de tubulação sem aquecimento, de tal maneira que o escoamento entra na seção de aquecimento com perfil de velocidades completamente desenvolvido. Sabendo que a temperatura da parede da tubulação não pode exceder
e que a temperatura da entrada corresponde a
, qual será a temperatura máxima do ar que deixa a seção de aquecimento?
Passo 1
Resumindo: ar seco entra em um tubo de diâmetro interno
com velocidade média
e temperatura de entrada
. A seção aquecida (comprimento
) mantém a parede a
. O escoamento já tem perfil de velocidades totalmente desenvolvido, é regime interno forçado e precisamos achar a temperatura de saída
. Para isso usaremos transferência de calor convectiva interna (coeficiente de filme convectivo
), número de Nusselt para escoamento laminar totalmente desenvolvido com parede a temperatura constante e a solução da equação de energia em regime permanente:
Passo 2
Determinar o regime de fluxo pelo número de Reynolds
Tomando propriedades no filme térmico (temperatura média
):
.
Logo
Logo
ou seja, escoamento laminar
.
Passo 3
Número de Nusselt para escoamento laminar internamente desenvolvido com parede a temperatura constante
Passo 4
Vazão mássica
com
a
e
:
Passo 5
Coeficiente de convecção
tomando
:
Passo 6
Resolver a equação de energia em regime permanente
onde
e
. Calculamos:
Resposta
A temperatura do ar na saída fica aproximadamente
.