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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 54

Um grande trocador de calor tem várias colunas de tubos com 33 tubos em cada coluna. O diâmetro externo dos tubos é 1,5 cm. Vapor saturado a 50°C condensa sobre as superfícies externas dos tubos mantidas a 20°C. Determine (a) o coeficiente médio de transferência de calor e (b) a taxa de condensação de vapor por comprimento de uma coluna.

Passo 1

(a) Para um sistema de colunas de tubos, a gente consegue calcular o coeficiente médio de transferência de calor utilizando uma correlação apropriada para UM TUBO!

h = h h o r i z o n t a l = 0,729 g ρ l ρ l - ρ v h f g ' K l 3 μ l T s a t - T s D 1 4

Aí está a resolução já do problema da letra (a) haha!!! Agora é só a gente procurar as do vapor na temperatura de saturação (50°C) e as do líquido na temperatura de filme que é T f = 50 + 20 2 = 35 ° C

ρ l = 994   k g / m ³

h f g = 2383   x   10 3     J / k g

C P l = 4178   J / k g ° C

K l = 0,623

μ l = 0,72   x   10 - 3     k g / m . s

ρ v = 0,083 k g / m

v = 0,724   x   10 - 6   m ² / s

Porém, também dentro da equação temos outra variável que precisamos calcular antes que é h’fg

h f g ' = h f g + 0,68 C P l T s a t - T s = 2838   x   10 3 + 0,68   x   4178   x   50 - 20

h f g ' = 2468   x   10 3 J / k g

Agora a gente vai substituir tudo da equação de h

h = 0,729   x   9,81   x   994   x   994 - 0,083   x   2468   x   10 3 x   0,623 3 0,720   x   50 - 20 x   0,015 1 4 = 8425 W m 2 ° C

Passo 2

Encontramos o valor do coeficiente considerando UM TUBO na horizontal, massss temos 33, certo? Aí é usar outra relação entre o coeficiente de transferência de um tubo para N tubos horizontais que é a seguinte:

h h o r i z o n t a l , N t u b o s = h h o r i z o n t a l , 1 t u b o N 1 4 = 8425 33 1 4 = 3515 W m 2 ° C

Passo 3

(b) Para encontrarmos a taxa de condensação por comprimento de tubo, precisamos lembrar que essa taxa está associada a mudança de fase e portanto ao calor latente dado pela seguinte equação:

q = m ˙ h f g ' → m ˙ = q h f g ' = h A T s a t - T s h f g ' = h π D L T s a t - T s h f g '

m ˙ L = h π D T s a t - T s h f g ' = 3515   x   π   x   0,015   x   ( 50 - 20 ) 2468   x   10 3 = 0,065   k g / s . m

Resposta

a   h h o r i z o n t a l ,   N t u b o s = 3515 W m 2 ° C

b   m ˙   = 0,065 k g s . m  

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