Um tubo de 4 de diâmetro e 2 m de comprimento conduz água (
) que está sendo aquecida. Na entrada do tubo a temperatura é
e na saída
, para uma vazão de água de
. Para estas condições, a temperatura da parede do tubo é
. Esse tubo passa dentro de um ambiente aquecido, de forma que o ambiente cede calor para aquecer a água. Neste ambiente, o coeficiente convectivo de transferência de calor vale
. Determinar:
A quantidade de calor transferida do ambiente à parede do tubo e deste à água;
A quantidade de calor transferida do ambiente à parede do tubo e deste à água;
Passo 1
Beleza, o problema diz que a gente tem um tubo de diâmetro 4 cm e comprimento 2 m por onde passa água (ρ=1000 kg/m³, Cp=4100 J/kg·K) que entra a 20 °C e sai a 30 °C, com vazão de 100 g/s. A parede do tubo está a 31,4 °C e, do lado de fora, o coeficiente convectivo vale 300 W/m²·K.
Conteúdo: transferência de calor por convecção e balanço de energia.
O que vamos usar:
Conteúdo: transferência de calor por convecção e balanço de energia.
O que vamos usar:
- Conversão de unidades (g→kg, cm→m),
- Balanço de energia na água:
, - Conservação de energia (estado estacionário) para ver que o calor que chega da vizinhança vai pra água.
Passo 2
Antes de tudo, ajeita as unidades e calcula a área externa do tubo:
– Vazão mássica:
– Vazão mássica:
– Diâmetro do tubo:
– Área externa lateral (comprimento
m):
Passo 3
Calcula o calor que a água ganha (é o que sai da parede para a água):
Passo 4
Em regime permanente, todo calor que chega da vizinhança (ambiente) passa pela superfície do tubo e vai para a água.
Ou seja,
Ou seja,
Resposta
Quantidade de calor transferida do ambiente à parede do tubo: 4100 W
Quantidade de calor transferida da parede para a água: 4100 W
Quantidade de calor transferida da parede para a água: 4100 W