Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 3.Problemas - Ex. 160
160 – Vapor flui em um sistema de aquecimento através de tubos com diâmetro externo de , e as paredes são mantidas na temperatura de . Aletas circulares de liga leve de de diâmetro externo de e espessura constante estão ligadas ao tubo, como mostrado na Fig. P3-160. O espaço entre as aletas é , portanto há aletas por metro de comprimento do tubo. O calor é transferido para o ar ambiente a , com coeficiente de transferência de calor combinado de . Determine o aumento da transferência de calor do tubo por metro de comprimento, como resultado da adição das aletas.
Passo 1
Primeiro vamos calcular a área de superfície sem aleta:
Passo 2
Calcule a taxa de transferência de calor:
Aqui, o coeficiente de transferência de calor por convecção é a temperatura base e a temperatura ambiente é.
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Passo 3
Calcule a eficiência das aletas anulares da seguinte maneira:
(Consulte a figura: “Eficiência das aletas anulares de espessura constante” do livro para entender as variáveis)
Calcule o comprimento corrigido.
Aqui, o comprimento da aleta projetada radialmente é , o diâmetro externo da aleta é e a espessura da aleta é .
Passo 4
Calcule o raio externo corrigido da aleta.
Aqui, o raio externo da barbatana é .
Substitua e .
Passo 5
Considere a seguinte relação para a área da aleta usando a Tabela “Áreas de eficiência e superfície de configurações comuns da aleta - Aletas circulares de perfil retangular” do livro de texto.
Passo 6
Calcule o valor de usar a seguinte relação.
Temos que : .
Vamos calcular a seguinte proporção
Na figura, “Eficiência das aletas anulares de espessura constante t ” em e,observe a eficiência da aleta como:
Calcule a taxa de transferência de calor no planto vertical.
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Como existem 200 aletas por metro de comprimento do tubo, a taxa de transferência de calor total das aletas pode ser expressa como,
Passo 7
Calcule a taxa de transferência de calor da parte não enlatada do tubo.
Aqui, o espaço entre as barbatanas (anéis presentes no tubo) é .
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Para 200 aletas, a taxa total de transferência de calor da parte não-estanhada do tubo.
Passo 8
Calcule a taxa total de transferência de calor do tubo aletado.
Calcule o aumento na transferência de calor devido à adição de aletas por metro de comprimento do tubo.
Portanto, o aumento na taxa de transferência de calor devido à adição de aletas por metro de comprimento do tubo é .
Resposta
Portanto, o aumento na taxa de transferência de calor devido à adição de aletas por metro de comprimento do tubo é .