Com frequência, água pressurizada está disponível a temperaturas elevadas e pode ser usada para o aquecimento ambiental ou em processos industriais. Em tais casos, é comum um feixe de tubos no qual a água é passada pelo interior dos tubos, enquanto o ar escoa em escoamento cruzado pelo lado externo. Considere um arranjo alternado, no qual o diâmetro externo dos tubos seja
e os passos longitudinal e transversal são
e
. Há sete colunas de tubos na direção do escoamento de ar e oito tubos por coluna. Sob condições operacionais típicas, a temperatura na superficie externa dos tubos é
, enquanto a temperatura e a velocidade do ar na corrente à montante do feixe são
e
, respectivamente. Determine o coeficiente de transferência de calor por convecção no lado do ar e a taxa de transferência de calor no feixe de tubos. Qual é a queda de pressão na corrente de ar?
Passo 1
O enunciado descreve um escoamento de ar em cross-flow sobre um arranjo alternado (staggered) de tubos com diâmetro externo
, espaçamentos longitudinais
e transversais
. São sete colunas de tubos na direção do escoamento (número de linhas em profundidade) e oito tubos por coluna (número de tubos em cross-flow). A temperatura de superfície dos tubos é
, a temperatura e velocidade do ar à montante são
e
.
Conteúdo: convecção forçada em cross-flow sobre tubos em banco alternado e queda de pressão em arranjo de tubos.
Conteúdo: convecção forçada em cross-flow sobre tubos em banco alternado e queda de pressão em arranjo de tubos.
Passo 2
Escolhemos a temperatura‐filme
e, a partir de
, extraímos as propriedades do ar:
,
,
,
.
O número de Reynolds característico é
O número de Reynolds característico é
Passo 3
Para bancos alternados de tubos usa‐se a fórmula de Colburn
adaptada:
O número de Nusselt então é
e, finalmente, o coeficiente convectivo médio
Passo 4
A área total de troca por metro de comprimento de tubo (eixo entrando/saindo da página) é
Passo 5
Como a superfície está aproximadamente à temperatura constante
, a taxa de transferência de calor por metro de tubo é
Passo 6
A queda de pressão num banco de
colunas pode ser estimada por
onde para staggered usa‐se
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Resposta
Coeficiente de convecção:
Taxa de calor por metro de tubo:
Queda de pressão na corrente de ar: