Uma serpentina de aquecimento de água é formada por um feixe contendo 10 filas de tubos com 20 tubos em cada fila em um arranjo alinhado. Água escoa por entre os tubos enquanto ar quente escoa através da matriz a 1150 K e
. Sob condições operacionais típicas, a temperatura na superfície externas dos tubos é 340 K . Os tubos têm diâmetro externo de 15
. Determine a taxa de transferência de calor total, por unidade de comprimento dos tubos, na matriz.
São fornecidas as seguintes propriedades do ar:
São fornecidas as seguintes propriedades do ar:
Passo 1
Beleza, aqui a gente tem um feixe de tubos em arranjo alinhado: 10 filas e 20 colunas (total 200 tubos), diâmetro externo
, espaçamento longitudinal e transversal
. O ar quente passa a
e
, e a superfície dos tubos está a
.
Conteúdo: convecção forçada em feixe de tubos alinhados.
Vamos precisar de:
Conteúdo: convecção forçada em feixe de tubos alinhados.
Vamos precisar de:
- Número de Reynolds (
) para o fluxo sobre o tubo; - Número de Prandtl (
) já dado; - Correlação de Nusselt para arranjo alinhado (Zukauskas);
- Coeficiente de transferência de calor
e, por fim, - Taxa de calor por comprimento total dos tubos.
Passo 2
Calcular o número de Reynolds baseado no diâmetro do tubo:
Substituindo
Passo 3
Como
e o arranjo é alinhado, usamos a correlação de Zukauskas:
com coeficientes para alinhado e
:
Logo
Passo 4
O coeficiente de convecção
é
com
e
:
Passo 5
Cada tubo, por unidade de comprimento (1 m), transfere
Temos 200 tubos, então
Substituindo números:
Resposta
A taxa de transferência de calor total por unidade de comprimento dos tubos é aproximadamente