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