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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 07

O condensador de uma planta de potência a vapor apresenta N = 1000 tubos de latão (kt = 110 W/(m · K)), cada um com diâmetros interno e externo Di = 25 mm e De = 28 mm, respectivamente. A condensação do vapor de água na superfície externa dos tubos é caracterizada por um coeficiente convectivo de he = 10.000 W/(m2 · K).

  1. Se a água de resfriamento, vinda de um grande lago, é bombeada através dos tubos do condensador a f = 400 kg/s, qual é o coeficiente global de transferência de calor Ue com base na área da superfície externa de um tubo? Propriedades da água podem ser aproximadas como μ = 9,60 × 10 –4 N s/m2 , k = 0,60 W/(m · K) e Pr = 6,6.
  2. Se, após uma longa operação, a deposição causar uma resistência de = 10 –4 m2 · K/W na superfície interna, qual é o valor de Ue?
  3. Se a água é retirada do lago a 15°C e 10 kg/s de vapor de água a 0,0622 bar devem ser condensados, qual é a temperatura correspondente da água ao deixar o condensador? O calor específico da água é de 4180 J/(kg · K).

Passo 1

Fala aí! Nosso enunciado da pra gente três letrinhas para resolver! Vamos nessa então! Mas antes precisamos de dados extras e vamos conseguir eles no apêndice do livro, tabela A-6, com p = 0,0622   b a r :

c p = 4180   J / k g . K μ = 9,6   .   10 - 4   N . s / m ² k = 0,60   W / m . K

P r = 6,6 T s a t = 310   K h f g = 2,414   .   10 6   J / k g

Vamos lá então!

Passo 2

Para encontrar o que a letra a, nos pediu precisamos resolver essa equação:

1 U o = 1 h i   .   D o D i   +   D o   .   l n D o / D i 2   .   k t   +   1 h o

Mas pra resolver isso precisamos de algumas coisinhas que estão faltando então vamos achar eles antes:

R e D i = 4   .   m 1 π   .   D i   .   μ

R e D i = 1,60 π   .   0,025   .   9,6   .   10 - 4

R e D i = 21220

Agora podemos achar:

h i = k D i   .   0,023   .   R e D i 4 / 5   .   P r 0,4

h i = 0,60 0,025   .   0,023   .   21200 4 / 5   .   6,6 0,4

h i = 3400   W / m ² . K

Agora sim podemos achar o que queremos:

U o = 1 3400   .   28 25   +   0,028   .   l n 28 / 25 2   .   110   +   1 10000 - 1

U o = 225   W / m ² . K

Passo 3

Agora partiu letra b!

U o = 4,43   .   10 - 4   + D o D i   .   R f ,   i " - 1

U o = 5,55   .   10 - 4 - 1

U o = 1800   W / m ² . K

Passo 4

Para a letra c, vamos usar a relação:

m h   .   h f g = m c   .   c p   .   T m ,   o - T m ,   i

T m ,   o = T m ,   i + m h   .   h f g m c   .   c p

T m ,   o = 15 + 10   .   2,414   .   10 6 400   .   4180

T m ,   o = 29,4 ° C

Show! Conseguimos!

Resposta

  1. U o = 225   W / m ² . K

  2. U o = 1800   W / m ² . K

  3. T m ,   o = 29,4 ° C
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