Lista de Exercícios Resolvidos de Escoamento em uma Matriz de Tubos

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(Adaptado) Uma superfície quadrada de 1   m de lado está posta sobre uma circuito gerador de energia térmica que mantém a superfície referida a 90 ° C . Essa superfície possui sobre ela um conjunto de pinos circulares.

São 25 pinos dispostos em 5 fileiras de 5 pinos. Os pinos possuem 5   c m de diâmetro, 0,5   m de comprimento e estão distribuídos uniformemente a partir de um pino central localizado no centro da placa e espaçados igualmente de 5   c m (distância entre as fileiras e os pinos da mesma fileira).

Existe um escoamento externo com ar a 30 ° C que escoa perpendicularmente a esse conjunto de pinos a uma velocidade de 50   m / s .

Determine a perda de calor do sistema e diga se o sistema foi bem dimensionado ou não, justificando sua resposta.

As propriedades termofísicas do ar são consideradas constantes e dadas pelo valor delas a 30 ° C .

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Um preaquecedor utiliza vapor d’água saturado a 100 ° C , alimentado pelo lado interno dos tubos de uma matriz, para preaquecer ar que entra no sistema a 1   a t m e 25 ° C .

Ar escoa em escoamento cruzado no lado externo dos tubos a 5   m / s . Cada tubo possui 1   m de comprimento e 10   m m de diâmetro externo. A matriz contém 196 tubos e um arranjo alinhado quadrado, no qual S T = S L = 15   m m .

Qual é a taxa de transferência de calor total para o ar?

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(Adaptada) Seja uma matriz alinhada de tubos de D = 10   m m , L = 1   m , S T = S L = 15   m m e T s = 100 ° C , com vapor d’água em condensação usado para aquecer ar atmosférico entrando na matriz a T i = 25 ° C e V = 5   m / s .

Qual é o valor mínimo de N L necessário para atingir uma temperatura de saída T s a i ≥ 75 ° C ?

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Considere o escoamento de ar sobre um feixe de tubos alinhados, de acordo com a figura.

Dentro dos tubos escoa vapor d’água, a temperatura de 100 ° C . Os tubos têm diâmetro igual a 10   m m e comprimento de 1   m . A distância entre os centros dos tubos vale S T = S L =   15   m m . O ar entra a T e = 54 ° C e V = 2 m / s . Sabe-se que o número de tubos na direção do escoamento N L é igual ao na direção transversal N T . Determine o menor número de tubos necessários para que a temperatura de saída do ar seja maior do que 95 ° C . Calcule a taxa de transferência de calor trocado entre o ar e os tubos. Despreze a resistência a condução nos tubos (i.e., considere que a temperatura na parede é igual a temperatura do vapor).

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Uma matriz tubular utiliza um arranjo alinhado com tubos de 10   m m de diâmetro com S T = S L = 20   m m . Existem 10 fileiras de tubos contendo 50 tubos cada uma.

Considere uma aplicação na qual água fria escoa através dos tubos, mantendo uma temperatura na superfície externa dos tubos de 27 ° C , enquanto gases de exaustão, a 427 ° C e a uma velocidade de 5   m / s , escoam em escoamento cruzado na matriz.

As propriedades dos gases de exaustão podem ser aproximadas pelas do ar atmosférico a 427 ° C .

Qual é a taxa de transferência de calor total, por unidade de comprimento dos tubos, no feixe?

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(Adaptada) Uma matriz de tubos possui um arranjo alinhado com tubos de 30   m m de diâmetro e 1   m de comprimento, com S T = S L = 60   m m . Existem 10 colunas de tubos na direção do escoamento N L = 10 e 7 tubos por coluna N T = 7 .

Ar, com condições a montante da matriz iguais a T ∞ = 27 ° C e V = 15   m / s , escoa em escoamento cruzado sobre os tubos, cujas paredes são mantidas a 100 ° C pela condensação de vapor no seu interior.

Determine a temperatura do ar ao deixar a matriz tubular.

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(Adaptada) Um condensador resfriado a ar opera com ar em escoamento cruzado sobre uma matriz quadrada composta por 400 tubos alinhados N L = N T = 20 . O diâmetro externo dos tubos é de 20   m m e os passos longitudinal e transversal na matriz tubular são S L = 60   m m e S T = 30   m m , respectivamente.

Vapor d’água saturado a uma pressão de 2,455   b a r entra nos tubos e pode-se considerar que uma temperatura uniforme de T s = 390   K seja mantida na superfície externa dos tubos em função da condensação no seu interior.

a Se a temperatura e a velocidade da corrente de ar a montante da matriz tubular são T e n t = 300   K e V = 4   m / s , qual é a temperatura T s a i do ar que deixa a matriz? Como uma primeira aproximação, avalie as propriedades do ar a 300   K .

b Se os tubos possuírem 2   m de comprimento, qual é a taxa de transferência de calor total na matriz?

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