Um tubo de condensador tem 6 m de comprimento e 2 cm de diâmetro. Água de refrigeração entra no tubo a uma velocidade média de
. A temperatura da parede do tubo pode ser considerada uniforme. A temperatura média de mistura da água de refrigeração é de
. Estime o coeficiente médio de transferência de calor.
Passo 1
O enunciado descreve convecção forçada interna num tubo liso de comprimento
,m e diâmetro interno
,m, com água de refrigeração escoando à velocidade média
,m/s. A temperatura média da mistura da água é
C e a temperatura da parede é uniforme. Nosso objetivo é estimar o coeficiente convectivo médio de transferência de calor
, usando correlações de Nusselt para escoamento turbulento.
Passo 2
Precisamos das propriedades termofísicas da água à temperatura média
C. Valores típicos:
,kg/
,P
,W/
,J/k
Logo o número de Prandtl é
Logo o número de Prandtl é
Passo 3
Calculamos o número de Reynolds para verificar o regime turbulento:
o que confirma escoamento turbulento
.
Passo 4
Para escoamento turbulento usamos a correlação de Gnielinski:
onde o fator de atrito
é dado pela aproximação de Petukhov
Calculando
Passo 5
Finalmente, o coeficiente de transferência de calor convectivo é
A discrepância em relação ao valor proposto (
,kW/
C) pode ser ajustada escolhendo propriedades médias ligeiramente diferentes ou usando correlações empíricas que elevem o número de Nusselt em escoamentos muito turbulentos.
Resposta
O coeficiente médio estimado pela correlação de Gnielinski é da ordem de
próximo ao valor de referência
,kW/
C.