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Exercicio 11.1 − Livro do Bazzo

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1 Enunciado

Superaquecedor de vapor.Area transversal de 6x12 metros.A disposicao dos tubos eh:

(%i1) kill(all);Nf:96 ; Nc:78 ; de:32 ; St:150 ; Sp:65;

(%o0) done(%o1) 96(%o2) 78(%o3) 32(%o4) 150(%o5) 65

Eh assumido que o Reynolds possui o valor de 2487.Mostre que f= 0,027 para tubos alinhados e;f= 0,080 para tubos não alinhados.

1.1 Resolucao

Para determinacao da perda de carga dos gases que passam no superaquecedor,eh necessario determinar o fator de correcao que serah inserido para ocalculo do K, coef. de perda de carga localizada:

Tubos alinhados:

(%i6) RE_:2487 $f_a: (0.044 + (0.08*Sp/de)/(((St−de)/de)^(0.43+1.13*de/Sp)))*(RE_^(−0.15));

(%o7) 0.02750211005208

Tubos não alinhados ou quinconcio:

(%i8) f_na: (0.250 + 0.118/(((St−de)/de)^(1.08)))*RE_^(−0.16);(%o8) 0.079804602312133

Observacao:St: distancia transversal entre os centros dos tubosNc: numero de colunas transversais (12000/78 = 153,8mm)Sp: distancia alinhada ao escoamento entre os centrosNf: numero de fileiras ao longo do escoamento

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2 Enunciado 11.2

Unidade Geradora de vapor. Dados obtidos no exercicio 3.10.Superaquecedor de tubos alinhados na forma do exercicio 11.1.Fluxo de gases igual a 166,4 kg/s e temperatura media de620oC.

2.1 Resolucao

Area transversal: (12,000 − 78*0,032)*6,000 (em metros quadrados)

(%i9) At:(12−78*32/1000.0)*6;(%o9) 57.024

Velocidade massica: m/A

(%i10) mgt:166.4$G:mgt/At;

(%o11) 2.918069584736251

Determinacao de K para tubos alinhados

(%i12) mu_p:mu_m $K_a:4*f_a*Nf*(mu_p/mu_m)^0.14;

(%o13) 10.56081025999881

Determinacao da densidade dos gases (ver exercicio 3.10)

(%i14) nSO2:0.90625;nO2:10.64839958333333;nN2:200.1899121666666;nH2O:20.05555977856885;nCO2:35.49984833333333;

(%o14) 0.90625(%o15) 10.64839958333333(%o16) 200.1899121666666(%o17) 20.05555977856885(%o18) 35.49984833333333

(%i19) fSO2:nSO2/(nSO2+nO2+nN2+nH2O+nCO2) ;fO2:nO2/(nSO2+nO2+nN2+nH2O+nCO2) ;fN2:nN2/(nSO2+nO2+nN2+nH2O+nCO2) ;fH2O:nH2O/(nSO2+nO2+nN2+nH2O+nCO2) ;fCO2:nCO2/(nSO2+nO2+nN2+nH2O+nCO2) ;

(%o19) 0.0033903857170961(%o20) 0.039836890325258(%o21) 0.74893353811485(%o22) 0.075030161016967(%o23) 0.13280902482583

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(%i24) rho_0:fCO2*(0.044/0.0224) + fSO2*(0.064/0.0224) + fH2O*(0.018/0.0224) + fO2*(0.032/0.0224) + fN2*(0.028/0.0224);(%o24) 1.323930546167863

(%i25) rho_g:(273.15/(273.15+620))*rho_0;(%o25) 0.40489461869311

A perda de carga no superaquecedor eh (em Pascal):

(%i26) DELTA_P:K_a*G*G/(2*rho_g);(%o26) 111.0494795287176

3 Enunciado 11.3

calcular a perda de carga do exercicio enterior utilizando, por exemplo, o metodo dado pelo livro do Kreith (secao 7.4, pp408, Fig. 7.25)Como Sp/de ou Sl/de é igual a 2,03 e fica entre o intervalo de 1,15 e 3,4.Um roteiro desse calculo eh visto no exemplo 7.5 do Kreith.O Reynolds pode ser calculado da seguinte forma (visc=35*10e−6 Pa.s):

(%i27) Reynolds: G*0.032/35e−6;Re_dc:1.14*100000*Sp/de;

(%o27) 2667.949334616002(%o28) 231562.5

Segundo a Fig. 7.25:

(%i29) (Sp/de−1)*(St/de−1),numer;Sp/de,numer;

(%o29) 3.802734375(%o30) 2.03125

pelo grafico menor da figura x=0,4 e f/x=2,2

(%i31) f_kreith:2.2*0.4;(%o31) 0.88

Nc eh o numero de fileiras transversais

(%i32) Vg:mgt/(rho_g*At)$Delta_p2:f_kreith*(rho_g*(Vg^2)/2)*Nc;

(%o33) 721.7662364148974