Atividade de Transferência de Calor - 1, Exercícios de Calor e Transferência de Massa

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7.93 Um duto de aquecimento de ar é constituído por um arranjo alinhado de elementos de aquecimento elétricos no qual os passos longitudinal e transversal são SL = ST = 24 mm. Há 3 filas de elementos na direção do escoamento (NF = 3) e 4 elementos por fila (NT = 4). Ar atmosférico com uma velocidade a montante de 12 m/s e uma temperatura de 25°C escoa em escoamento cruzado sobre os elementos, que têm um diâmetro de 12 mm, um comprimento de 250 mm e são mantidos com uma temperatura superficial de 350°C. (^) T 350 °C 623,15K s Dtubo 12 mm Ltubo 250 mm NL 3 SL 24 mm NT 4 ST SL Tent 25 °C 298,15 K s m V 12 (a) Determine a transferência de calor total para o ar e a temperatura do ar deixando o duto aquecedor. 460,65 K 2

T

ent

T

s T sai

379,4K

T

sai

T

ent T m Tsai 460,65 K s

(^5) m v (^) 1,68 (^10) mK

W

k (^) 0, Pr 0, Prs 0, s m V 24 D tubo

S

T

S

T V max 3 m kg ρ 1, kg K

J

Cp 1007

v

D

tubo

V

max Re D,max C 1 0,27 C 2 0,86 m 0, 111,

Pr s 0,36 Pr Pr m Re D,max

C

1 Nu D NuD,3 C 2 NuD 95, 3 K s kg 214, D tubo Nu k D, h T 47,6019 °C s exp C p

S

T ρ V N h L

D

π tubo T ent

T

s

T

sai 309,4509 K 2

T

sai

T

ent T m

(c) Compare o coeficiente convectivo médio obtido em sua análise com o valor para um elemento isolado (sozinho). Explique a diferença entre os resultados. s

(^5) m v 2 1,68 10 Ts 350 °C 623,15K Pr 0, Pr 0, D 12 mm s tubo 250 mm

L

tubo m K

W

k 0, NL 3 SL 30 mm NT 4 ST SL 3 m kg ρ 1, kg K

J

C 1007

p Tent 25 °C 298,15 K s m V 12 C 1 0,27 C 2 0,86 m 0, Feitas as devidas alterações, considerando um elemento isolado, é possível aplicar a correlação de Churchill-Bernstein: 4285, v

D

tubo

V

Re D 33,

Pr

Pr

NuD,1 0,

O coeficiente de transferência de calor para as linhas subsequentes será sempre maior que o da primeira, obtida agora nesse caso isolado.

K s kg 106, D tubo Nu k D, h 2 3 K s kg h (^214) 3 K s kg Como e (^) h 2 106,0181 é possível perceber que h2 é praticamente duas vezes menor que h, encontrado na situação inicial.

316,7876K

ln T sai

T

s

T

ent

T

s

T

sai

T

s

T

ent

T

s ΔT m ΔT 6854,2178 W m

L

tubo

D

tubo N h π L

N

T q Em relação a pressão e potência: χ 1 f 0, 2 m

N

χ f 125, 2

V

max ρ N L Δp L 45,1397 W tubo

S

T

N

T P V Δp