Uma unidade geradora de vapor queima carvão pulverizado e tem instalado um superaquecedor de tubos alinhados, com a seguinte configuração:
- Nf = 96 (número de fileiras);
-
(número de tubos por fileira)
- De
(diâmetro externo)
-
-
Assumindo fluxo de gases de combustão de
e temperatura média de
, calcule a perda de carga no trocador de calor do lado dos gases. Considere massa específica dos gases de combustão
(CNTP) e viscosidade
Pa.s
. O superaquecedor está instalado em um canal retangular da caldeira, com dimensões de
.
Passo 1
O enunciado pede a perda de carga no lado dos gases ao escoar através do banco de tubos do superaquecedor. Esse é um problema de escoamento em “meio poroso” (o banco de tubos) e podemos usar a forma genérica da equação de Ergun, que combina uma parte viscosa (linear em
) e outra inercial (quadrática em
). Para isso vamos precisar de:
– vazão mássica dos gases
– densidade e viscosidade
– dimensões do canal
– diâmetro externo dos tubos
– espaçamentos longitudinal (no sentido do fluxo) e transversal
– número de fileiras .
– vazão mássica dos gases
– densidade
– dimensões do canal
– diâmetro externo dos tubos
– espaçamentos longitudinal (no sentido do fluxo)
– número de fileiras
Passo 2
Calculamos a área da seção reta disponível para o gás no canal:
Daí a velocidade superficial (vazão volumétrica dividida por área):
Passo 3
Tratamos o banco de tubos como um arranjo alinhado em pitch retangular e definimos a porosidade
(fração de vazio) e o diâmetro hidráulico equivalente
:
Substituindo
,
,
:
Passo 4
Usamos a forma da equação de Ergun para perda de carga por metro de banco:
Inserindo
,
,
,
e
acima obtemos (apenas o segundo termo domina):
Passo 5
O comprimento total do banco na direção do fluxo é
logo a perda de carga total é
Resposta
A perda de carga no lado dos gases é de aproximadamente
.