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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 21

21 – Um longo trocador de calor de tubo duplo com parede fina, com diâmetros do tubo e do casco de 1,0   c m e 2,5   c m , respectivamente, é utilizado para condensar refrigerante 134a com água a 20   ° C .O refrigerante escoa através do tubo, com um coeficiente de transferência de calor por convecção de  h i = 4.100 W m 2 ⋅ K . A água escoa através do casco a uma taxa de 0,3   k g / s . Determine o coeficiente global de transferência de calor desse trocador de calor.

Passo 1

Vamos listar os dados:

O trocador de calor com diâmetros de tubo e casco são  D 0 = 0,01   m e D s = 0,025   m .

Temperatura da água, T = 20   ℃ .

A vazão mássica de água são  m = 0,3   k g / s .

Coeficiente de transferência de calor por convecção, h i = 4100 W m 2 ⋅ K .

Passo 2

Portanto, temos as seguintes propriedades do ar para a pressão de 1   a t m e T f = 2 0   ℃ .

A Condutividade térmica é:

k = 0 , 598   W m ⋅ ℃

A Viscosidade cinemática é:

v = 1 , 004 × 10 - 6   m 2 s

O número Prandtl é:

P r = 0,7 01

Densidade da água:

ρ = 998   k g / m 3

Passo 3

O coeficiente geral de transferência de calor é determinado usando a expressão:

U = 1 1 h i + 1 h 0

A velocidade média da água no tubo é dada por:

V m = m ρ A c

V m = m ρ π D 0 2 - D i 2 4

V m = 0,3 998 π 0,025 2 - 0,01 2 4

V m = 0,729   m / s

Passo 4

O número de Reynolds para o fluxo é expresso como:

R e = V m D h V

Onde D h é o diâmetro hidráulico.

D h = D 0 - D i

= 0,025   m - 0,01   m

D h = 0,015   m

Então o número de Reynolds é:

R e = 0,729 m s 0,015   m 1,004 × 10 - 6   m 2 / s

R e = 10891,434

Como R e > 10.000 o fluxo é considerado turbulento. Além disso, vamos supor que o fluxo seja totalmente desenvolvido.

N u = h D n k

N u = 0,023 R e 0,8 P r 0,4

= 0,023 10891,434 0,8 7,01 0,4

N u = 85,0517

Passo 5

O coeficiente de transferência de calor por convecção é determinado a partir da equação dada por:

N u = h D n k

Reescreva para achar h :

h = N u × k L

= 85,0517 × 0 , 598 0 , 015

= 3390,727   W m 2 ⋅ ℃

Passo 6

Ao substituir  h o e  h i no coeficiente geral de transferência de calor, temos:

U = 1 1 h i + 1 h 0

U = 1 1 4100 + 1 3390,727

U = 1855,89 W m 2 ⋅ ℃

Portanto, o coeficiente geral de transferência de calor deste trocador de calor é U = 1855,89 W m 2 ⋅ ℃ .

Resposta

Portanto, o coeficiente geral de transferência de calor deste trocador de calor é U = 1855,89 W m 2 ⋅ ℃ .

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