Determinação de coeficientes convectivos em tubos aletados não padronizados

Abstract

Os trocadores de calor estão presentes em vários processos produtivos industriais. Possuem superfícies de inúmeras geometrias e materiais, calculados para promoverem a troca controlada de calor entre diferentes fluidos. Em trocadores de calor que envolvem escoamentos externos gasosos, o uso de tubos aletados é recomendado. Correlações clássicas encontradas em livros-texto de transferência de calor abrangem apenas os tubos lisos, enquanto que a literatura que aborda o dimensionamento de trocadores de calor apresenta gráficos e valores experimentais tabelados aplicáveis somente para uma classe muito limitada e padronizada de diâmetros de tubos, aletas e passos, o que acaba por restringir os projetos de trocadores de calor à disponibilidade daquela classe limitada de tubos. Este trabalho surgiu da necessidade de se obter coeficientes convectivos apropriados para tubos aletados diferentes daqueles padronizados na literatura. O objetivo foi, portanto, obter uma correlação experimental para tubos aletados não padronizados. A correlação foi obtida a partir de amostras de tubos aletados, que foram testadas em um túnel de vento disponível no Laboratório de Mecânica dos Fluidos do Departamento de Energia da UNESP/FEG. Os resultados obtidos pela correlação experimental foram consistentes e, para tubos lisos, significativamente concordantes com resultados obtidos a partir da correlação clássica de Zukauskas de acordo com o teste do qui-quadrado de Pearson, tendo sido encontrados erros entre –1,3% e +3,5%.

Heat exchangers are present in several industrial processes. Exchange surfaces of heat exchangers presents a number of geometries and materials, so they are sized to promote controlled heat exchange between two different fluids. In heat exchangers involving gaseous external flows, the use of finned tubes is recommended. Classical correlations found in heat transfer textbooks cover only plain tubes, while heat exchanger literature presents tabulated graphical and experimental values applicable only to a very limited and standardized class of pipe diameters, fins and steps. This work comes from the need to obtain appropriate convective coefficients for finned tubes different from those standardized in the literature. Thus, the objective of this work is to obtain an experimental correlation for non-standard finned tubes. The correlation is obtained from finned tubes samples tested in a wind tunnel available in the Fluid Mechanics Laboratory at the Department of Energy, UNESP/FEG. The results obtained by the experimental correlation are consistent and, in the particular case of plain tubes, significantly in agreement with the results obtained from the classical Zukauskas’ correlation, as shown by the Pearson’s chi-squared test. The errors found are in the range from –1.3% to +3.5%.