Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 82
82- Repita o Prob. 7-81 resolvendo para um arranjo escalonado com e comparar o desempenho do evaporador para arranjos em linha e escalonado.
Passo 1
Suponha que o ar seja resfriado a uma temperatura de .
Calcule a temperatura média do ar.
Aqui, é a temperatura inicial do ar e, é a temperatura final do ar.
Substitua por .
Passo 2
Obtenha as propriedades do ar na temperatura média, na tabela A-15, “Propriedades do ar em ” com .
Obs.: Será necessário realizar a interpolação entre .
Obtenha o valor da densidade na temperatura inicial do ar, na tabela A-15, “Propriedades do ar em ”.
Obtenha o valor do número de Prandtl na temperatura da superfície do ar, na tabela A-15, “Propriedades do ar em ”.
Passo 3
A velocidade máxima do fluxo é determinada a partir da equação dada por:
O número de Reynolds é determinado a partir da equação dada por:
O número de Nusselt é determinado a partir da equação dada por:
Passo 4
O coeficiente convectivo de transferência de calor do ar é determinado a partir da equação dada por:
Reescreva para achar :
Passo 5
O número total de tubos é determinado como:
A área da superfície de transferência de calor por unidade de comprimento do tubo é determinada como:
A vazão mássica do ar é determinada como:
Aqui, é a área da seção transversal perpendicular à direção do fluxo do ar, é o número de linhas de tubo na direção do fluxo do ar e é o comprimento de cada tubo.
Passo 6
A temperatura final real é determinada a partir da expressão dada por:
Calcule a temperatura média real do ar.
Como o valor obtido é bem próximo do assumido , o valor assumido da temperatura final do ar está correto.
Passo 7
A diferença logarítmica da temperatura média do ar usando a temperatura final real do ar.
Passo 8
Como é diferença de temperatura, considere-o como valor positivo, mas indica que o calor é perdido pelo sistema.
Calcule a capacidade de refrigeração do sistema.
Portanto, a capacidade de refrigeração do sistema é
Passo 9
b)
Calcule o valor para .
Substitua por e D por .
Obtenha o valor do fator de atrito na figura 7-27a, “Fator de atrito e fator de correção para bancos de tubos com arranjo em linha.
Em e , o fator de correção é .
Passo 10
Calcule o fator de correção usando a seguinte equação:
Passo 11
A queda de pressão através do banco de tubos é obtida a partir da equação dada por:
A queda de pressão no banco de tubos é .
Passo 12
Parra arranjo escalonado
Em e
Fator de atrito,
Fator de correção,
A queda de pressão através do banco de tubos é obtida a partir da equação dada por:
A queda de pressão no banco de tubos em caso de arranjo escalonado é .
Pelos valores calculados, podemos concluir que a transferência de calor foi menor no caso de arranjo escalonado, enquanto a queda de pressão é maior.
Resposta
- Portanto, a capacidade de refrigeração do sistema é
- A queda de pressão no banco de tubos é .