Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 76
Em um processo de fabricação de suprimentos biomédicos, há a exigência de que uma grande placa deva ser mantida a uma temperatura de 45 ± 0,25°C. O projeto proposto apresenta a fixação de tubos de aquecimento à placa com um espaçamento entre tubos de S. Os tubos de cobre com paredes espessas têm diâmetro interno de Di = 8 mm e estão fixados à placa por meio de uma solda de elevada condutividade térmica e que proporciona um contato de largura 2Di. O fluido de aquecimento (etilenoglicol) escoa através de cada tubo a uma vazão fixa de = 0,06 kg/s. A placa tem uma espessura de w = 25 mm e é fabricada em aço inoxidável com uma condutividade térmica de 15 W/(m · K).
Considerando a seção transversal bidimensional da placa mostrada no detalhe, efetue uma análise para determinar a temperatura do fluido de aquecimento Tm e o espaçamento entre tubos S necessários para manter a temperatura da superfície da placa, T(x,w), em 45 ± 0,25°C, quando a temperatura ambiente é de 25°C e o coeficiente convectivo é de 100 W/(m 2 · K)
Passo 1
Beleza galerinha, vamos lá! Iniciamos a análise com a criação de uma malha nodal (9 × 6) para representar o vidro de exposição experimentando convecção na superfície superior (T∞, h) enquanto os dois limites laterais são adiabats de simetria. Na superfície inferior, os nós 46 e 47 representam a interface isotérmica-soldagem do vidro de exposição mantida em To pelo fluido quente. Os nós restantes (49-54) são isolados no seu limite inferior.
Passo 2
A taxa de calor fornecida pelo tubo ao vidro de exposição pode ser expressa como,
A partir dos balanços energéticos sobre os nós 46 e 47, a taxa de calor no vidro de exposição por condução pode ser expressa como,
O coeficiente de convecção para o fluxo interno pode ser estimado a partir de uma correlação assumindo um fluxo totalmente desenvolvido. Em primeiro lugar, caracterize o fluxo com
e como é laminar,
