Um recuperador é um trocador de calor que aquece o ar usado em um processo de combustão pela extração de energia dos produtos de combustão (o gás de exaustão). Considere a utilização de um trocador de calor com escoamentos cruzados e um único passe como recuperador.

Oitenta tubos cerâmicos de carbeto de silício , com diâmetros interno e externo iguais a e , respectivamente, e com comprimento , são posicionados formando uma matriz de tubos alinhados com passos longitudinal e transversal de e , respectivamente. Ar frio escoa transversalmente sobre a matriz de tubos (escoamento cruzado) com condições a montante que equivalem a e , enquanto os gases quentes de exaustão, com temperatura de alimentação de , passam pelo interior dos tubos. As superfícies externas dos tubos estão limpas, enquanto as superfícies internas são caracterizadas por um fator de deposição de . As vazões do ar e dos gases de exaustão são de e , respectivamente. Como primeiras aproximações, (1) estime todas as propriedades necessárias do ar a e , (2) suponha que os gases de exaustão tenham as propriedades do ar a e , e (3) admita que a temperatura na parede do tubo esteja a com o propósito de levar em consideração o efeito de propriedades variáveis na transferência de calor por convecção.

(a) Se existir uma economia de combustível da ordem de associada a cada aumento de na temperatura do ar de combustão acima de , qual é a economia percentual de combustível para as condições especificadas?

(b) O desempenho do recuperador é fortemente influenciado pelo produto do coeficiente global de transferência de calor e da área total, . Calcule e represente graficamente e a economia percentual de combustível como funções do valor de para . Sem alterar as vazões, quais são as medidas que podem ser tomadas para aumentar o valor de ?

(a)

Vamos lá! Vamos usar os da tabela e para ar a e a , vamos começar calculando nosso coeficiente calorifico, assim temos:

Sendo e , temos que do escoamento para um único tubo temos:

Onde é o número de tubos:

Considerando que o escoamento é completamente desenvolvido, usando a relação de temos:

Agora precisamos calcular o coeficiente convectivo para parte externa do tubo cerâmico:

Para o escoamento na região externa temos:

Da relação de :

Agora finalmente calculando o coeficiente médio convectivo na superfície temos:

Calculando nosso coeficiente convectivo global temos:

(a) continuação

Agora pra matar essa galera!

Vamos calcular nossa economia, mas antes vamos fazer uma análise das taxas de calor para esse sistema:

Da figura , da equação

Assim temos que o calor é:

A temperatura de saída é dada por:

Assim nossa economia é dada por:

(b)

Aumentando o coeficiente convectivo global vamos aumentar a taxa de transferência de calor assim aumentando a temperatura de saída e aumentando nossa economia, refazendo o passo e variando temos um arranjo, montando isso em forma de gráfico temos:

Terminamos mais essa galera!