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:
Aqui,
é a diferença de temperatura inicial entre as duas correntes:
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.