Trocador de Calor Compacto - Cálculo de Coeficiente Global e Serpentina de Resfriamento

11S12 Considere as condições do trocador de calor compacto do Exemplo 11S2 Após o uso prolongado fatores de deposição de 00005 e 0001 m²KW estão associados às condições nos lados da água e do gás respectivamente Qual é o valor do coeficiente global de transferência de calor com base no lado do gás 11S15 Uma serpentina de resfriamento é formada por uma matriz de tubos de alumínio k 237 WmK aletados tendo a configuração do núcleo mostrada na Figura 11S5 e um diâmetro interno de 138 mm Os tubos estão instalados em um espaço cuja seção transversal quadrada tem 04 m de lado oferecendo dessa maneira uma área frontal de 016 m² Ar atmosférico a 15 kgs encontrase em escoamento cruzado sobre os tubos enquanto refrigerante134a líquido saturado a 1 atm evapora no interior dos tubos Se o ar entra a 37C e sua temperatura de saída não deve exceder 17C qual é o número mínimo de colunas de tubos que deve existir na direção do escoamento Um coeficiente de transferência de calor por convecção de 5000 Wm²K está associado à evaporação no interior dos tubos 11S15 K 237 WmK Di 138 mm L 04 m Af 016 m² mh 15 kgs Tr 37 273 17 273 2 Thm 300 K da tabela A4 obtemos as propriedades do ar a T300 K e 1 atm Cp 1007 JkgK μ 184610⁷ Nsm² K 00263 WmK Pr 0707 da tabela A5 para R134A a 1 atm Tsat Tc 247 K hfq 217 kJkg O número mínimo de coluna de tubos é dado por NL L DF SL 1 onde L V Afr V Ah α Ah NTU lmin Uh 1 Uh 1 hc Δc Ah AhRw 1 ηoh hi Calcular a Resitencia de conductancia AhRw ln DoDi 2 π L k A q Di ln DcDi 2k AcAh da figura 1155 temos σ 0449 α 269 m²m³ A αA 0830 t 0254 mm De 164 mm Dh 668 mm Dessa forma podermos calcular AcAh AcAh DiDe 1 AxA 138164 1 083 0143 Substituindo AcAh na eq de Resitencia de condutância temos AhRw Di ln DeDi 2k AcAh 138103ln 164138 22370143 AhRw 351 105 m² Kw Calcular o valor de G G sinh σAfy 150449016 209 Kgm² Calcular Reynolds Re GDh μ 209668103 1846107 7563 da figura 1155 pl Re 7563 temos σc 00068 Calcular o valor de hn hn sh G Cp Pv23 00068 209 1007 070723 180 Wm²K Calcular o valor de Ap Ap 2c t Ap 618 0254 157 106 m² Calcular o valor de r2c r2c r2 t2 1425 02542 1438 mm Calcular r2cr1 r2cr1 1438 1642 175 Calcular o valor de Z32 c hn KA p 12 Z32 c hn KA p 12 61810332 180 237 157106 12 0338 Da figura 320 do livro incropera 87th temos que para r2cr1 175 e Z32 c hn KAp 12 0338 ηf 089 Dessa forma calculamos ηoh ηoh 1 AxA 1 ηf 1 083 1 089 091 Com todos esses valores podemos agora determinar o coeficiente global de transfencia de calor 1Uh 1 hc AcAh AhRw 1 ηoh hn 1 50000143 351 105 1 091 180 133 Wm²K Calcular o valor de Cmin Cmin sinh Cp 15 1007 1511 WK ε q qmax Tin T Tin Tci 20 63 0317 NTU ln 1 ε 0382 Ah NTU Cmin Uh 0382 1511 133 434 m² L Ah αAfy 434 m² 26906 m² 0101 NL L Df Sl 00723 00343 1 31 11512 do exercício exemplo 1152 nos temos AcAh 0143 AhRw 351 105 m²KW hh 183 Wm²K η0h 091 da equação do coeficiente global de transferencia de calor considerando manticoes nos temos 1UhAh 1η0hAc Rfcη0Ac Rw Rfhη0Ah 1η0hAhh considerando η0c 1 1 multiplicando lado equação por Ah temos 1Uh 1hcAcAh RFcAcAh AhRw Rfhηoh 1η0hhh Agora basta substituir os valores 1Uh 11500 Wm²K 0143 00005 m²KW0143 351105 m²KW 0001 m²KW091 1091183 Wm²K Uh 654 Wm²K