(Adaptado) Um equipamento que recupera calor de produtos de combustão a altas temperaturas envolve a passagem do gás de combustão entre placas paralelas, que são mantidas, cada uma, a 350   K pelo escoamento de água sobre as respectivas superfícies externas.

A separação entre as placas é de 40   m m e o escoamento do gás é plenamente desenvolvido. Pode ser considerado que as propriedades do gás são iguais às do ar atmosférico e as duas temperatura e velocidade médias são 1000   K e 60   m / s , respectivamente.

Qual é o fluxo térmico na superfície das placas?

Passo 1

De acordo com a tabela A.4 do Incropera para o ar, as propriedades do gás são:

ρ = 0,348   k g / m 3

μ = 424,4 × 10 - 7   k g / ( s . m )

k = 0 , 0667   W / ( m . K )

P r = 0,726

Passo 2

O fluxo térmico é dado por:

q ' ' = h . T m - T s

Dessa equação, precisamos ir atrás do coeficiente convectivo.

Passo 3

O coeficiente convectivo é dado por:

h = N u D . k D h

Para calcular o número de Nusselt, precisamos do número de Reynolds, dado por:

R e D = ρ . u m . D h μ

Onde, no caso de placas paralelas, o diâmetro hidráulico é dado por:

D h = 2 H = 2 × 40 × 10 - 3 = 0,08   m

Onde H é a separação entre as placas.

Dessa forma:

R e D = 0,348 × 60 × 0,08 424,4 × 10 - 7 → R e D = 39360

Nesse caso, o número de Nusselt é dado por:

N u D = 0,023 . R e D 4 / 5 . P r 0 , 3 = 0,023 × 39 . 360 4 / 5 × 0,726 0 , 3

N u D - = 99,1

Assim, o coeficiente convectivo será:

h = N u D . k D h = 99,1 × 0 , 0667 0,0 8 → h = 82,6   W / ( m 2 . K )

Passo 4

Finalmente, o fluxo térmico será:

q ' ' = h . T m - T s = 82,6 × 1000 - 350

Resposta

q ' ' = 53.700   W / m 2

Exercícios Resolvidos de Escoamento em Dutos Não-Circulares

Ver Teoria

Exercícios de Livros Relacionados