Aula 20 Convecção Forçada:

Transcrição

1 Aula 20 Convecção Forçada: Escoamento Interno UFJF/epartamento de Engenaria de Produção e Mecânica Prof. r. Wasington Orlando Irrazabal Boorquez

2 Escoamento Laminar em ubos Circulares Análise érmica e Correlações de Convecção Região plenamente desenvolvida Para fluxo de calor constante Para temperatura constante na superfície Obs.: - Fluido incompressível com propriedades constantes - k é avaliado em m

3 Região de Entrada Escoamento Interno Escoamento Laminar em ubos Circulares Análise érmica e Correlações de Convecção Comprimento de entrada térmica (onde o perfil de velocidades já se encontra plenamente desenvolvido), ou comprimento de entrada combinada (térmica e fluidodinâmica) com Pr 5 ( s constante) Correlação proposta por Kays: Comprimento de entrada térmica ou Comprimento de entrada combinada Pr 5 Obs.: As propriedades devem ser estimadas em : m m,ent 2 m,sai

4 Escoamento Laminar em ubos Circulares Análise érmica e Correlações de Convecção Região de Entrada Comprimento de entrada combinada ( s constante) Correlação proposta por Sieder e ate: Obs.: Exceto para s = f( s ) todas as propriedades devem ser estimadas em : m m,ent 2 m,sai

5 Escoamento Laminar em ubos Circulares Análise érmica e Correlações de Convecção Equação de Colburn (Escoamento plenamente desenvolvido). Nu 0,023 Re 4 / 5 Pr 1 / 3

6 Escoamento urbulento em ubos Circulares Análise érmica e Correlações de Convecção Equação de ittus-boelter (Escoamento plenamente desenvolvido). Nu 0,023 Re 4 / 5 Pr 0,4 Aquecimento Nu 0,023 Re 4 / 5 Pr 0,3 Resfriamento odas as propriedades devem ser estimadas a m

7 Escoamento urbulento em ubos Circulares Análise érmica e Correlações de Convecção Equação de Sieder e ate (Escoamento com grandes variações das propriedades). Exceto para s todas as propriedades devem ser estimadas a m

8 Escoamento urbulento em ubos Circulares Análise érmica e Correlações de Convecção Equação de Gnielinski (Menor erro 10%) f é 0, Pr 2000 obtido do Re 5 10 diagrama 6 de Moody As propriedades devem ser estimadas a m

9 Escoamento Interno 9

10 Escoamento urbulento em ubos Circulares Análise érmica e Correlações de Convecção Equação de Skupinski et al. (Metais Líquidos) Nu 4,82 0,0185 Pe 0,827 q s constante 3 3,6 10 Re 2 10 Pe Pe Re Pr 9, Equação de Seban e Simazaki (Metais Líquidos) Nu 5,0 0,025 Pe 0,8 s constante Pe 100

11 Escoamento em ubos Não Circulares Correlações de Convecção Utiliza-se as mesmas correlações dos tubos circulares; eve ser utilizado o diâmetro idráulico definido como: 4 A P tr onde: - A tr é a área da seção transversal; - P é o perímetro molado.

12 Escoamento em ubos Não Circulares Correlações de Convecção (Escoamento Laminar) 4 A P tr

13 Escoamento na Região Anular entre ubos Concêntricos Correlações de Convecção (Escoamento Laminar) m s,i i i q Escoamento Interno m s,i i i q m s,e e e q k Nu i i k Nu e e i e i e 2 i 2 e 4 / 4

14 Escoamento na Região Anular entre ubos Concêntricos Correlações de Convecção (Escoamento Laminar) Escoamento laminar plenamente desenvolvido; Uma superfície termicamente isolada e a outra superfície a temperatura constante.

15 Escoamento na Região Anular entre ubos Concêntricos Correlações de Convecção (Escoamento urbulento) Escoamento turbulento plenamente desenvolvido; Utilizar equação de ittus-boelter com o emprego do diâmetro idráulico. Nu 0,023 Re 4 / 5 Pr 0,4 Aquecimento Nu 0,023 Re 4 / 5 Pr 0,3 Resfriamento e i

16 Exercício 20.1 Água escoando através de um tubo com 40 mm de diâmetro e a uma vazão de 2 kg/s deve ser aquecida de 25 a 75 C pela manutenção da superfície do tubo a uma temperatura de 100 C. a) Qual é o comprimento de tubo necessário nessas condições?

17 Premissas: a) Condições de regime permanente; b) Propriedades constantes; a abela A.6 para as propriedades da água:

18 Calcula-se o número de Reynolds: O número de Reynolds á turbulento, o escoamento é completamente desenvolvido. Utiliza-se a expressão empírica de ittus-boelter:

19 epois: