Enunciado

Em um processo de fabricação de suprimentos biomédicos, há a exigência de que uma grande placa deva ser mantida a uma temperatura de 45 ± 0,25°C. O projeto proposto apresenta a fixação de tubos de aquecimento à placa com um espaçamento entre tubos de S. Os tubos de cobre com paredes espessas têm diâmetro interno de Di = 8 mm e estão fixados à placa por meio de uma solda de elevada condutividade térmica e que proporciona um contato de largura 2Di. O fluido de aquecimento (etilenoglicol) escoa através de cada tubo a uma vazão fixa de = 0,06 kg/s. A placa tem uma espessura de w = 25 mm e é fabricada em aço inoxidável com uma condutividade térmica de 15 W/(m · K).

Considerando a seção transversal bidimensional da placa mostrada no detalhe, efetue uma análise para determinar a temperatura do fluido de aquecimento Tm e o espaçamento entre tubos S necessários para manter a temperatura da superfície da placa, T(x,w), em 45 ± 0,25°C, quando a temperatura ambiente é de 25°C e o coeficiente convectivo é de 100 W/(m 2 · K)

Passo 1

Beleza galerinha, vamos lá! Iniciamos a análise com a criação de uma malha nodal (9 × 6) para representar o vidro de exposição experimentando convecção na superfície superior (T∞, h) enquanto os dois limites laterais são adiabats de simetria. Na superfície inferior, os nós 46 e 47 representam a interface isotérmica-soldagem do vidro de exposição mantida em To pelo fluido quente. Os nós restantes (49-54) são isolados no seu limite inferior.

Passo 2

A taxa de calor fornecida pelo tubo ao vidro de exposição pode ser expressa como,

A partir dos balanços energéticos sobre os nós 46 e 47, a taxa de calor no vidro de exposição por condução pode ser expressa como,

O coeficiente de convecção para o fluxo interno pode ser estimado a partir de uma correlação assumindo um fluxo totalmente desenvolvido. Em primeiro lugar, caracterize o fluxo com

e como é laminar,

Resposta

S = 53   m m

T m = 85 ° C

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Considere um tubo circular com diâmetro D e comprimento L, com uma vazão mássica m ˙ .Para condições de fluxo térmico constante, deduza uma expressão para a razão entre a diferença de temperaturas ent
Seja um bastão cilíndrico de combustível nuclear, com comprimento L e diâmetro D, que se encontra no interior de um tubo concêntrico. Água pressurizada escoa na região anular entre o bastão e o tubo a
Em uma aplicação específica que envolve o escoamento de um fluido a uma vazão m ˙ através de um tubo circular com comprimento L e diâmetro D, sabe-se que o fluxo térmico na superfície apresenta uma va
Água, a 300 K e com uma vazão de 5 k g s , entra em um tubo de parede delgada preta, que atravessa uma grande fornalha cujas paredes e o ar estão a uma temperatura de 700 K. O diâmetro e o comprimento
Água entra em um tubo a 27°C com uma vazão de 450 k g h . A transferência de calor da parede do tubo para o fluido é dada pela expressão q ' s W m = a x , sendo o coeficiente a igual a 20 W m 2 e x(m)