Convecção externa · banco de tubos

Arranjos de Tubos

Coeficiente de convecção em bancos de tubos com arranjo em linha ou alternado — correlações de Zukauskas.

Observe o fenômeno

Hipóteses do modelo

Passos devem permitir área livre; a correlação só vale no domínio declarado.

Esquema qualitativo: setas indicam o mecanismo, sem representar velocidade ou evolução temporal calculada.

Tipos de arranjo

Configuração geométrica do banco de tubos

Em linha

Tubos alinhados
S_T e S_L = espaçamentos

Alternado

Tubos alternados
Fileiras deslocadas · passagem transversal ou diagonal

Entradas

Parâmetros geométricos

Diâmetro dos tubos D

Diâmetro externo dos tubos

Espaçamento transversal S_T

Distância entre centros de tubos adjacentes na direção transversal

Espaçamento longitudinal S_L

Distância entre centros de tubos na direção do escoamento

Número de fileiras

Número de fileiras de tubos na direção do escoamento

Tubos por fileira N_T

Montagem visual; efeitos de borda não são calculados.

Comprimento axial L_t

Extensão dos tubos em 3D; não muda o h médio deste modelo.

Condições de operação

Tipo de arranjo

Configuração geométrica do banco de tubos

Velocidade de entrada v

m/s

Velocidade do fluido antes do banco de tubos

Temperatura da superfície T_s

°C

Temperatura da parede dos tubos

Temperatura do fluido T_∞

°C

Temperatura do fluido longe da superfície

Fluido

Voltar

Correlações de Zukauskas

Incropera · Eq. 7.58 · Tab. 7.5–7.6

Correlação e domínio utilizados neste cálculo

Nu = C · F_g · Re_D,maxⁿ · Pr^p · (Pr/Pr_s)^0,25 · F_N; h = Nu · k / D.

Re_D,max = ρ · v_max · D / μ. As propriedades do fluido são avaliadas na média das temperaturas de entrada e saída; a saída é obtida por iteração da Eq. 7.63. Pr_s é avaliado na temperatura da parede.

Coeficientes utilizados pelo motor de Zukauskas
Re_D,max	Em linha: C; n	Alternado: C; n
10 ≤ Re < 100	0,80; 0,40	0,90; 0,40
100 ≤ Re < 1.000	0,51; 0,50	0,51; 0,50
1.000 ≤ Re < 200.000	0,27; 0,63	0,35 se S_T/S_L < 2; senão 0,40. n = 0,60
200.000 ≤ Re ≤ 2.000.000	0,021; 0,84	0,022; 0,84

p = 0,37 para 100 ≤ Re < 1.000; nas demais faixas, p = 0,36. F_g = (S_T/S_L)^0,2 somente no alternado com 1.000 ≤ Re < 200.000 e S_T/S_L < 2; nos demais casos, F_g = 1.

F_N é interpolado da tabela de fileiras quando Re ≥ 1.000 e N < 20; nos demais casos, vale 1. O motor aceita 0,68 ≤ Pr ≤ 500 (aproximação de 0,7 para o ar) e recusa o arranjo em linha com S_T/S_L ≤ 0,7 na faixa de 1.000 a 200.000.

Velocidade máxima no banco de tubos

Arranjo em linha

v_max = v · S_T / (S_T − D)

Arranjo alternado

v_max = v · S_T / min[2(S_D − D), S_T − D]

onde S_D = √[S_L² + (S_T/2)²]