Heat Transfer Exercise 10
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UNIVERSIDADE ZAMBEZE
FACULDADE DE CINCIAS E TECNOLOGIAS
ENGENHARIA MECATRONICA-PL
TRANSFERENCIA DE CALOR
RESOLUO DO TPC10
Discente: Mrio Rafael Jos
Docente: Eng. Jacinto E. Laquene
Beira aos 11 de Junho de 2015
-
2
Resoluo
Determinar o comprimento do tubo de um termopermutador de calor de tubo e carcaa
em contra-corrente, que arrefece leo quente. O tubo interno de cobre tem o dimetro de
3 cm e espessura desprezvel. O dimetro interior do tubo externo (carcaa) de 4 cm.
A gua flui atravs do tubo a uma taxa de 0,8 kg/s, e o leo na carcaa a uma taxa de 1,2
kg/s. O leo entra a uma temperatura de 120C e deve ser arrefecido at no 40C
enquanto a gua entra a temperatura de 25C.
Plotar o grfico da relao entre as temperaturas dos fluidos ao longo do
comprimento do termopermutador com um passo de 0,1 km.
Para a figura comecaremos por determinar o coeficiente global de transferencia de calor
(U):
oi hhU
111
Assumir-se:
1. Temperatura Media de 40C para H20, tabela A-9
Propriedades da agua a temperatura de 40C, teremos:
3
0 /1,9922 mKgH
CKgJCpH ./417902
CmWK ./631,0
sKgm /8,0
smKg ./10.653,0 3
32,4Pr
-
3
Clculo da Velocidade:
smAc
mV
H
/14,1)015,0(14,31.992
8,02
02
68,519751058,6
)03,0()14,1(Re
7
DV
7,244)32,4()68,51975(023,0PrRe023,0 4,08,04,08,0 k
hDNu
CmWD
kNuhi
0285,514603,0
631,07,244
Clculo a temperatura Mdia do leo:
CC
Tm 00
802
)40120(
Extrado da tabela a 800C, teremos:
3
0 /0,8522 mKgH
CKgJCpH ./213202
CmWK ./1380,0
sKgm /2,1
sm /10794,3 25
3,499Pr
mcmDi 04,04
mcmD 03,030
mcmDDD ih 01,010
Clculo da Velocidade:
smAc
mV
H
/56,2)03,004,0(14,3852
2,1422
02
75,67410794,3
)01,0()56,2(Re
5
DV
-
4
O Re menor que 2300, considera-se o fluxo laminar como fluxo completamente
turbulento, como a tabela a abaixo podemos por interpolao determinar o Nu da regio
anelar.
0/DDi Nui Nu0
0,00 3,66
0,05 17,46 4,06
0,10 11,56 4,11
0,25 7,37 4,23
0,50 5,74 4,23
1,00 4,86 4,86
Ento Nu0 = 5,3
CmWD
kNuh
h
i
020 14,7301,0
1380,03,5
118,7214,73
1
86,5146
1111
oi hhU
U= 72.118 W/m2s
Clculo de calor:
sWCpmCf
sWCpmCq
TqTqCqQ
f
q
outin
/2,3343
/4,2558
)(
WQ
TqTqCqQ outin
204672)40120(4,2558
)(
)(entradafsaidaff
TTCQ
CTC
QT
entradaf
f
fsaida
022,86252,3343
204672
CTTT
T
T
TTT
saidain fq
in
0
1
2
1
21
78,3322,86120
ln
CTTTentradasaida fq
0
2 152540
C
T
T
TTT 0
2
1
21ln 13,23
15
78,33ln
78,33
ln
-
5
Para variar o L em funcao de 21 / TT , teremos:
AsU
QT
ln
LQLQUAsTT eeeTT4
21 10*23,6/*03,0*14,3*12,72*78,18/)(
21 /
L T1T2
0 1
100 1.064282
200 1.132695
300 1.205507
400 1.282999
500 1.365472
600 1.453246
700 1.546663
800 1.646085
900 1.751898
1000 1.864513
1100 1.984367
1200 2.111925
1300 2.247683
1400 2.392168
Concluso:
Observa-se do grfico acima que a fraco de variao de temperatura cresce a medida
que se aumenta o comprimento do tubo do termopermutador.
lnTAsUQ
mDTU
QL 5,1302
03,0`14,313,23118,72
204672
ln
Q
UAsTTTT
)()/ln( 2121