Água a
escoa em uma matriz de 30 tubos de cobre. Os tubos possuem 28.6 mm de diâmetro externo e 3 m de comprimento, com uma espessura de parede de 0.9 mm . Ar a
escoa de maneira perpendicular à matriz de tubos. Considere a vazão mássica da água como
e a do ar como
.
(a) Determine a temperatura de saída da água se h (água)
e h(ar)
.
(b) Para melhorar a remoção de calor, aletas de alumínio são colocadas na parte externa dos tubos. A área de superfície total das aletas e tubos somados agora é de 81
. Explique, em termos físicos, o motivo das aletas intesificarem a transferência de calor. Se a resistência térmica por condução das aletas for pequena e o coeficiente de transferência de calor do ar permanecer inalterado, qual será a nova temperatura de saída da água?
(a) Determine a temperatura de saída da água se h (água)
(b) Para melhorar a remoção de calor, aletas de alumínio são colocadas na parte externa dos tubos. A área de superfície total das aletas e tubos somados agora é de 81
Passo 1
O enunciado descreve um permutador de calor em que água a
flui por
tubos de cobre (diâmetro externo
, espessura
, comprimento
) com vazão mássica
e calor específico
. Ar a
atravessa perpendicularmente a matriz com
e
. Os coeficientes de convecção são
e
.
O conteúdo aqui é método NTU-eficácia para permutador em escoamento cruzado com ambos os fluidos “não misturados”. Vamos calcular a temperatura de saída da água.
O conteúdo aqui é método NTU-eficácia para permutador em escoamento cruzado com ambos os fluidos “não misturados”. Vamos calcular a temperatura de saída da água.
Passo 2
Calculamos as áreas interna e externa totais dos tubos:
diâmetro interno .
Área interna:
diâmetro interno
Área interna:
Área externa:
Passo 3
Negligenciando a resistência do tubo, a condutância térmica global é
Substituindo
As taxas de capacidade térmica são
Temos
,
e
Passo 4
Para permutador em escoamento cruzado com ambos não misturados a eficácia é dada por
Calculando
Passo 5
O calor transferido é
A temperatura de saída da água é
Passo 6
Fisicamente, colocar aletas de alumínio na parte externa aumenta muito a área de superfície exposta ao ar, reduzindo a resistência convectiva desse lado e aumentando
. Com área total de tubos
aletas igual a
, a nova condutância global é
Passo 7
Calculando
Reaplicando a fórmula de eficácia dá
,
Resposta
Temperatura de saída da água sem aletas: aproximadamente
.
Com aletas (área total ): aproximadamente
.
Com aletas (área total