ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE MATRIZ TUBULAR SOB CONDIÇÕES DE TRABALHO E RESULTADOS PRÉ ESTABELECIDOS

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA

DE PERNAMBUCO - CAMPUS CARUARU

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

RESOLUÇÃO E ANÁLISE  DE PROBLEMA PROPOSTO RELACIONADO AO ESTUDO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM MATRIZES TUBULARES

Caruaru, 28 de abril de 2017

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ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO DE MATRIZ TUBULAR SOB CONDIÇÕES DE TRABALHO E RESULTADOS PRÉ ESTABELECIDOS

[pic 1]

Caruaru, 2017

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SÍMBOLOS

[pic 2]	Área superficial dos tubos, [m²]
[pic 3]	Área de passagem da água, [m²]
[pic 4]	Diâmetro dos tubos, [m]
[pic 5]	Calor específico a pressão constante, [J/Kg.K]
[pic 6]	Coeficiente de convecção, [W/m2 K]
[pic 7]	Condutividade Térmica, [W/m. K]
[pic 8]	Comprimento dos tubos, [m]
[pic 9]	Número de Nusselt
[pic 10]	Fator de correção (Tabela 7.7)
[pic 11]	Fator de correção (Tabela 7.7)
[pic 12]	Número de Prant,
[pic 13]	Número de Prant na superfície do tubo
[pic 14]	Viscosidade, [N.s/m²]
[pic 15]	Taxa de transferência de calor por    convecção, [W]
[pic 16]	Número de Reynolds
[pic 17]	Temperatura da superfície dos tubos, [ºC,K]
[pic 18]	Temperatura de entrada da água, [ºC ,K]
[pic 19]	Temperatura de saída da água, [ºC,K]
[pic 20]	Média logarítmica das diferenças de temperatura, [ºC,K]
[pic 21]	Temperatura média, [ºC,K]
[pic 22]	Velocidade, [m / s]
[pic 23]	Velocidade máxima de escoamento, [m]
[pic 24]	Número de tubos na direção longitudinal
[pic 25]	Número de tubos na direção transversal
[pic 26]	Massa específica, [Kg/m³]
[pic 27]	Variação de pressão, [Pa]
[pic 28]	Fator de correção
[pic 29]	Fator de correção
[pic 30]	Passo transversal dos tubos, [m]
[pic 31]	Passo longitudinal dos tubos, [m]
[pic 32]	Calor necessário para aquecer o fluxo de água, [W]
[pic 33]	Calor fornecido pelos tubos, [W]
[pic 34]	Fluxo de massa, [kg/s]

PROBLEMA

Água a 15[ºC] e 0,8[m/s] deve ser aquecida a 80[ºC] na passagem por uma matriz tubular com tubos de 4[m] de comprimento e 1[pol] de diâmetro mantidos a 100[ºC] com a configuração SL=4[cm] e ST=3,5[cm].

Objetivos: Número de Colunas para alcançar a temperatura desejada, Queda de Pressão, Estudo Paramétrico.

RESOLUÇÃO

Será utilizado o arranjo alternado para maximizar a turbulência no interior da matriz e consequentemente a troca de calor.

HIPÓTESES

1. Regime permanente;
2. Troca de calor por radiação insignificante;
3. Propriedades constantes do fluido durante a passagem pela placa;
4. Troca de calor unidimensional;
5. Podem ser utilizados dados termofísicos da água em estado saturado;

INFORMAÇÕES DISPONÍVEIS

• Água, entra a 15[ºC], sai a 80[ºC], 0,8[m/s];
• Matriz tubular, 4[m] de comprimento por 0.0254[m] de diâmetro, em disposição Sl = 0,04[m] e St = 0,035[m], mantida a 100[ºC] 

QUESTIONAMENTOS

1. Número de tubos necessários para realizar o aquecimento;
2. Queda de pressão;
3. Análise gráfica;

AQUISIÇÃO DE DADOS NAS TABELAS

Para realização desta etapa do processo, é preciso obter a temperatura média para o fluido em escoamento (Água), entre a temperatura da entrada e a temperatura de saída do escoamento:

[pic 35]

[pic 36]

[pic 37]

• Tabela 1 {320,5[k]} - [Kg/m³]; [J/Kg.K]; /m.K]; µ[m²/s];  [pic 38][pic 39][pic 40][pic 41][pic 42]
• Tabela 1 {373,15[k]} - [pic 43]

CÁLCULO DA VELOCIDADE MÁXIMA NO ESCOAMENTO

[pic 44]

[pic 45]

[pic 46]

CÁLCULO DO NÚMERO DE REYNOLDS

[pic 47]

[pic 48]

[pic 49]

OBTENÇÃO DOS FATORES DE CORREÇÃO NA TABELA 2

Matriz alternada

[pic 50]

[pic 51]

[pic 52]

[pic 53]

[pic 54]

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