Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 79
79 – Gases de exaustão a e são utilizados para preaquecimento da água em uma instalação industrial, passando sobre um banco de tubos através do qual a água está fluindo a uma taxa de . A temperatura média da parede dos tubos é . Os gases aproximam se do banco de tubos na direção normal a . O diâmetro externo dos tubos é de , e os tubos estão dispostos em linha com passos longitudinal e transversal de . Há 16 fileiras na direção do escoamento, com oito tubos em cada uma. Utilizando as propriedades do ar para os gases de exaustão, determine (a) a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento de tubos, (b) a queda de pressão através do banco de tubos e (c) o aumento da temperatura da água por unidade de comprimento de tubos.
Passo 1
Dados fornecidos:
Temperatura de entrada dos gases de escape,
Vazão mássica da água,
Temperatura média da parede do tubo,
Velocidade do fluxo,
Diâmetro externo dos tubos,
Passo longitudinal,
Passo transversal,
Número de linhas,
Número de tubos em cada linha,
Passo 2
Vamos assumir a temperatura média dos gases de escape como
Da tabela, propriedades do ar em .
O número Prandtl é:
Condutividade térmica é:
Calor específico é:
Viscosidade dinâmica é:
Densidade:
Com :
Com :
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:
Passo 6
A temperatura de saída do ar é determinada a partir da expressão dada por:
A diferença logarítmica da temperatura média do ar é determinada a partir da equação dada por:
Passo 7
- A taxa de transferência de calor por unidade de comprimento do tubo é determinada a partir da equação dada por:
- O fator de atrito e o fator de correção para o fluxo são determinados como
- O aumento da temperatura da água que flui através do tubo por unidade de comprimento é determinado a partir da equação dada por:
A taxa de transferência de calor por unidade de comprimento é .
Passo 8
A partir da figura, fator de atrito e fator de correção para espaços em branco do tubo
Para arranjo escalonado:
Para arranjos escalonados em
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 é .
Passo 9
Rescreva e resolva para :
O aumento da temperatura da água que flui através do tubo é .
Resposta
- A taxa de transferência de calor por unidade de comprimento é .
- A queda de pressão no banco de tubos é .
- O aumento da temperatura da água que flui através do tubo é .