A Convecção Forçada

INSTITUTO FEDERAL DE PERNAMBUCO

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONTROLES INDUSTRIAIS

COORDENAÇÃO SUPERIOR DE ENGENHARIA MECÂNICA

TRANSFERÊNCIA DE CALOR I

[pic 1]

FRANCISCO JEAN CARLOS LEAL

20181EMRC0343

CONVECÇÃO EXTERNA FORÇADA

RECIFE

2021, 2020.2

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Problema 77-83.        5

Figura 2 - Código inserido no EES para resolução do problema 7-83.        6

Figura 3 - Resultados obtidos no EES para o problema 7-83.        6

Figura 4 - Código para resolução do problema 7-83 pela segunda abordagem.        7

Figura 5 - Tabela paramétrica para o problema 7-83.        8

Figura 6 – espessura x temperatura da água.        8

Figura 7 - Problema 7-85.        10

Figura 8 - Código para solução do problema 7-85.        11

Figura 9 - Resultados obtidos para o problema 7-85.        12

Figura 10 - Código computacional problema 7-85 segunda abordagem.        13

Figura 11 – Tabela problema 7-85.        14

Figura 12 – Economia de custos x temperatura superficial.        14

Figura 13 - Problema 7-88.        15

Figura 14 - Código computacional problema 7-88.        16

Figura 15 - Resultados para o problema 7-88.        17

Figura 16 - Código computacional problema 7-88.        18

Figura 17 - Tabela paramétrica problema 7-88.        19

Figura 18 – Espessura do isolamento x temperatura da água.        19

Figura 19 - Problema 7-90.        21

Figura 20 - Circuito térmico para o problema 7-90.        22

Figura 21 - Código computacional para o problema 7-90.        22

Figura 22 - Resultados obtidos para o problema 7-90.        23

Figura 23 - Código computacional problema 7-90.        24

Figura 24 - Tabela de resultados problema 7-90.        25

Figura 25 - Taxa de transferência de calor da parede x temperatura do ar.        25

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SUMÁRIO

Apresentação        4

Problema 7-83        5

Resolução Problema 7-83 – Primeira abordagem        6

Resolução do problema 7-83 – Segunda abordagem        7

Problema 7-85        10

Resolução do Problema 7-85 – Primeira abordagem        11

Resolução do Problema 7-15 – Segunda abordagem        13

Problema 7-88        15

Resolução do Problema 7-21 – Primeira abordagem        16

Resolução do problema 7-88 – Segunda abordagem        18

Problema 7-90        21

Resolução do problema 7-90 – primeira abordagem        22

Resolução do problema 7-90 – segunda abordagem        24

Conclusão        27

Referências        28

Apresentação

Nessa aula foi abordado a convecção externa forçada onde foi estudado a transferência de calor através do fluxo de um fluido sobre uma determinada superfície.

Foram propostos problemas, retirados do livro: transferência de calor, Yunus A. Cengel, 4ª edição, os problemas devem ser resolvidos segundo duas abordagens; na primeira abordagem usando exatamente os valores propostos pelo livro e na segunda abordagem escolhendo uma grandeza para variar em um intervalo com dez divisões.

Problema 7-83

        Água quente a 110°C flui em um tubo de ferro fundido (k = 52 W/m.°C) cujo raio interno é 2,0 cm e espessura de 0,3 cm. O tubo deve ser coberto com isolamento adequado, de forma que a temperatura da superfície externa do isolamento não exceda 30°C quando a temperatura ambiente for de 22°C. Tomando os coeficientes de transferência de calor dentro e fora do tubo como sendo hi = 80 W/m².°C e h0 = 22 W/m².°C, respectivamente, determine a espessura do isolamento de fibra de vidro (k = 0,038 W/m.°C) que precisa ser instalado no tubo.

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Figura 1 - Problema 77-83.

        

Resolução Problema 7-83 – Primeira abordagem

Para resolução do problema foi utilizado o EES (Engineering Equation Solver), a Figura 2 abaixo exibe o código computacional inserido no software para a resolução do problema proposto.

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Figura 2 - Código inserido no EES para resolução do problema 7-83.

        A Figura 3 a seguir trás os resultados obtidos para o problema através do EES.

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Figura 3 - Resultados obtidos no EES para o problema 7-83.

        

        Portanto, isolar o tubo com pelo menos 1,32 cm de isolamento de fibra de vidro irá garantir que o exterior a temperatura da superfície do tubo será de 30 ° C ou menos.

Resolução do problema 7-83 – Segunda abordagem

Nessa segunda abordagem foi considerada a temperatura da água que flui no tubo variando entre 90 e 110°C. A Figura 4 mostra o código computacional utilizado com esse propósito.

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Figura 4 - Código para resolução do problema 7-83 pela segunda abordagem.

A Figura 5 mostra a tabela paramétrica, para os valores da espessura do isolamento necessário de acordo com cada valor para temperatura da água que flui no tubo.