(Valor 3.0 pts) Água escoa no interior de um tubo de aço com diâmetro interno de 2.5 cm . A espessura da parede é de 2 mm , e o coeficiente de transferência de calor por convecção no interior do tubo é de 500
. O coeficiente de transferência de calor por convecção no lado externo é de
.
a) Esboce o circuito térmico correspondente, identificando os nós de temperatura
b) Calcule o coeficiente global de transferência de calor U.
c) Qual o fator mais importante na determinação de U ?
a) Esboce o circuito térmico correspondente, identificando os nós de temperatura
b) Calcule o coeficiente global de transferência de calor U.
c) Qual o fator mais importante na determinação de U ?
Passo 1
O enunciado trata de água que escoa no interior de um tubo de aço cujo diâmetro interno é
,m e espessura da parede
,m (logo o diâmetro externo é
,m). O coeficiente de convecção interno é
,W/
C e o externo é
,W/
C.
Conteúdo: resistências térmicas em série (convecção–condução–convecção) e definição de coeficiente global de transferência de calor .
Conteúdo: resistências térmicas em série (convecção–condução–convecção) e definição de coeficiente global de transferência de calor
Passo 2
O circuito térmico em série tem três resistências por metro de comprimento:
- resistência de convecção interna entre o fluido a
e a superfície interna a ; - resistência de condução através da parede de aço entre
e ; - resistência de convecção externa entre
e o fluido externo a .
Os “nós” de temperatura são:, , e .
Passo 3
Para um tubo de comprimento
vale
e o coeficiente global baseado na área interna por metro de tubo obedece
Passo 4
Adotando
,W/m
C, temos
Somando em
dá
Passo 5
A resistência de convecção externa (coeficiente
,W/
C) é muito maior que as demais, logo é o fator que mais limita a transferência de calor e determina o valor de
.
Resposta
a) Série de resistências: convecção interna
–
, condução na parede
–
e convecção externa
–
.
b) W/
C (baseado na área interna).
c) A convecção externa ( pequeno) é o fator dominante na determinação de
.
b)
c) A convecção externa (