Num permutador de calor, água a
atravessa perpendicularmente na horizontal com uma velocidade de
um banco de tubos cilíndrico, de diâmetro interior
e diâmetro exterior
, dispostos em linha. Os tubos de comprimento 1 m e k
estão horizontalmente e verticalmente espaçados entre eixos de 5 cm e
respectivamente. Os tubos contêm água no seu interior à temperatura de
com uma velocidade de
. Calcular o calor transferido em cada tubo do permutador.
Passo 1
O enunciado trata de um permutador de calor em que água a
escoa em cross--flow por um banco de tubos horizontais (diâmetro externo
m, interno
m, comprimento
m), enquanto no interior de cada tubo circula água a
. Os espaçamentos entre centros são
m (horizontal) e
m (vertical), e as velocidades são
m/s (externa) e
m/s (interna). O objetivo é calcular a taxa de calor transferido por tubo, aplicando correlações de convecção interna e externa, montando resistências térmicas e usando o método
--NTU para permutador cross--flow com ambos os fluidos não misturados.
Passo 2
Determinar as propriedades da água à temperatura de filme externa
Tabelando para água em
:
,
,
,
.
Para o interior consideramos filme a :
,
,
.
Para o interior consideramos filme a
Passo 3
Convecção interna -- Dittus--Boelter:
Reynolds interno
Reynolds interno
Prandtl
.
Coeficiente interno
Passo 4
Convecção externa -- Zukauskas para cross--flow em arranjo inline:
Para
e arranjo inline, usa--se tipicamente
com .
com
Passo 5
Resistências térmicas por tubo (áreas
,
):
Total
Passo 6
Determinar
e capacitâncias térmicas:
área de fluxo externo por tubo .
área de fluxo externo por tubo
Para cross--flow com ambos não misturados, a eficácia é
Logo a taxa de calor por tubo
Resposta
A transferência de calor em cada tubo é aproximadamente