Um preaquecedor utiliza vapor d’água saturado a , alimentado pelo lado interno dos tubos de uma matriz, para preaquecer ar que entra no sistema a e .
Ar escoa em escoamento cruzado no lado externo dos tubos a . Cada tubo possui de comprimento e de diâmetro externo. A matriz contém 196 tubos e um arranjo alinhado quadrado, no qual .
Qual é a taxa de transferência de calor total para o ar?
Passo 1
Antes de qualquer coisa, vamos determinar as propriedades do ar para resolver o problema.
De acordo com a tabela A.4 do Incropera para o ar a , temos que:
À temperatura da superfície , temos que .
Passo 2
A taxa de transferência de calor é dada por:
Logo:
Dessa equação, nos temos praticamente tudo, menos o coeficiente convectivo médio e a temperatura de saída , que vamos precisar pra calcular a média logarítmica das temperaturas.
A temperatura de saída é dada por:
Arrumando essa equação, vamos encontrar o seguinte:
Obs.: Agora vamos ter que ir atrás do coeficiente convectivo médio.
Passo 3
O número de Nusselt, dado por:
Como a matriz possui uma configuração alinhada:
Para esse valor de número de Reynolds, temos que:
Além disso, como , de acordo com a tabela na Teoria . Logo, o número de Nusselt será:
Passo 4
O coeficiente convectivo será dado por:
Voltando à expressão da temperatura de saída.
Substituindo os valores:
Passo 5
Voltando à expressão da taxa de transferência de calor por unidade de comprimento, temos:
Onde a média logarítmica de temperaturas é dada por:
Substituindo os valores: