Água quente entrando em um TC de contracorrente a é utilizada para aquecer água fria de 4 a . A vazão de água fria é de , e a de água quente é de . O coeficiente global de transferência de calor é . Qual a área do trocador de calor? Calcule a efetividade do trocador de calor.

Passo 1

Vamos analisar o que o problema está nos perguntando. Temos um trocador de calor de contracorrente onde água quente a está aquecendo água fria de para . Sabemos as vazões de massa das duas correntes e o coeficiente global de transferência de calor. Nosso objetivo é calcular a área do trocador de calor e a efetividade desse trocador. Para isso, vamos precisar aplicar conceitos de transferência de calor, especialmente relacionados a trocadores de calor de contracorrente e à eficiência deles.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a capacidade térmica de cada corrente. A capacidade térmica ( ) é o produto da vazão de massa ( ) e do calor específico ( ) da água. Como a água tem um calor específico de aproximadamente , temos:

Passo 3

Identificamos a capacidade térmica mínima ( ) e a máxima ( ). Nesse caso:

Passo 4

Calculamos o número de transferência de calor máximo ( ), que ocorre quando toda a energia da corrente com menor capacidade térmica é transferida:
á
Aqui, á é a diferença de temperatura inicial entre as duas correntes:
á
Então,

Passo 5

Agora, determinamos o calor real transferido ( ). Isso corresponde ao aumento de temperatura da corrente fria:

Passo 6

Com o calor transferido, podemos calcular a efetividade ( ) do trocador de calor:

Passo 7

Para encontrar a área do trocador de calor ( ), usamos a equação de transferência de calor:
Onde:
  • é o coeficiente global de transferência de calor ( ),
  • é a diferença de temperatura média logarítmica.
Primeiro, calculamos :
Assumindo que a corrente quente sai com uma temperatura desconhecida , mas sabemos que :
Agora, calculamos as diferenças de temperatura:
Então,
Agora, resolvemos para :

Resposta

A área do trocador de calor necessária é de aproximadamente e a efetividade do trocador de calor é de .

Exercícios relacionados

Deseja-se aquecer uma vazão de de água de 35 a com óleo ( ) entrando a . A vazão de óleo é também de . Dois trocadores de calor de tubo duplo estão disponíveis:
Qual trocador deve ser escolhido?
Água a é aquecida de 35 a num tubo de de diâmetro cuja superfície é mantida a . Qual deve ser o comprimento do tubo para que seja efetuada esta transferência de calor?
Um pequeno trocador de calor de tubo e carcaça com um passe nos tubos ( U=280 W/m2 ) de ve ser usado para aquecer água a alta pressão, inicialmente a com ar quente, inicialmente a . Se a temperatura de saída da água não deve exceder e a vazão de ar é , calcule a vazão de água.
Um tubo longo de aço de 5 cm de diâmetro interno e de espessura passa através de uma grande sala mantida a e à pressão atmosférica. Uma vazão de de água entra por uma das extremidades do tubo a . Se o tubo tem 15 m de comprimento, calcule a temperatura de saída, somente considerando as perdas de calor por convecção natural pela superfície externa do tubo.