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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 15

15 – Um trocador de calor de tubo duplo é construído com um tubo interno de cobre   k   =   380 W m K de diâmetro interno  D i = 1,2   c m , e diâmetro externo  D e = 1,6   c m e um tubo externo de 3,0   c m de diâmetro. O coeficiente de transferência de calor por convecção é relatado como  h i =   800 W m   2 ⋅ K sobre a superfície interna do tubo e  h 0 =   800 W m   2 ⋅ K na sua superfície externa. Para o fator de incrustação de R f , i   =   0,0005 W m   2 ⋅ K   no lado do tubo e  R f , 0   =   0,0002   W m   2 ⋅ K   no lado do casco, determinar ( a ) a resistência térmica do trocador de calor por unidade de comprimento e ( b ) os coeficientes globais de transferência de calor  U i   e   U 0 com base nas áreas interna e externa do tubo, respectivamente .

Passo 1

a)

Calcule a resistência térmica total do trocador de calor.

Considere a equação para a resistência térmica total do trocador de calor por unidade de comprimento.

R = 1 h i A i + R f , i A i + ln ⁡ D 0 D i 2 π k L + R f , 0 A 0 + 1 h 0 A 0

= 1 h i ( π D i L ) + R f , i ( π D i L ) + ln ⁡ D 0 D i 2 π k L + R f , 0 ( π D 0 L ) + 1 h 0 ( π D 0 L )

Aqui  h i , h 0 estão os coeficientes convectivos de transferência de calor das superfícies interna e externa do tubo, respectivamente,  R f , i , R f , 0   são os fatores de incrustação para o tubo e a concha,  k é a condutividade térmica se o material do tubo,  L  é o comprimento do tubo,  D 0 D i são os diâmetros interno e externo de tubos respectivamente e  A i , A 0 são as áreas de superfície interna e externa dos tubos.

Passo 2

Substituindo pelos valores conhecidos, temos:

R = 1 800 π 0,012 1 + 0,0005 π 0,012 1 + ln ⁡ 1,6 1,2 2 π 380 1 + 0,0002 π 0,016 1 + 1 240 π 0,016 1

= 0,1334   K / W

Portanto, a resistência térmica do trocador de calor é 0,1334   K / W .

Passo 3

b) Calcule o coeficiente geral de transferência de calor com base na área interna do tubo.

R = 1 U i A i

U = 1 R π D i L

Aqui  U i é o coeficiente geral de transferência de calor com base na área da superfície interna.

Vamos substituir pelos valores conhecidos, transformando para a o sistema internacional de medidas.

U i = 1 0,1334 [ π ( 0,012 ) ( 1 ) ]

= 198,844 W m 2 ⋅ K

Portanto, o coeficiente geral de transferência de calor com base na superfície interna é 198,844 W m 2 ⋅ K .

Passo 4

Calcule o coeficiente geral de transferência de calor com base na área interna do tubo.

R = 1 U 0 A 0

U = 1 R π D 0 L

Aqui  U 0 é o coeficiente geral de transferência de calor com base na superfície externa.

Vamos substituir pelos valores conhecidos, transformando para a o sistema internacional de medidas.

U i = 1 0,1334 [ π ( 0,01 6 ) ( 1 ) ]

= 1 49 , 133 W m 2 ⋅ K

Portanto, o coeficiente geral de transferência de calor com base na superfície externa é 149,133 W m 2 ⋅ K .

Resposta

a) A resistência térmica do trocador de calor é 0,1334   K / W .

b) O coeficiente geral de transferência de calor com base na superfície interna é 198,844 W m 2 ⋅ K .

O coeficiente geral de transferência de calor com base na superfície externa é 149,133 W m 2 ⋅ K .

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