Gases quentes de exaustão, a uma temperatura de , entram em um trocador de calor com tubos aletados e escoamento cruzado e deixam esse trocador a , sendo usados para aquecer uma vazão de de água pressurizada de a . coeficiente global de transferência de calor baseado na área superficial no lado do gás é igual a . Utilizando o método -NUT, determine a área superficial no lado do gás, Aq, necessária para a troca térmica especificada. Tabela A.6, água ( .

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada nesse problema! A gente tem gases quentes de exaustão entrando num trocador de calor a 300°C e saindo a 100°C. Esses gases estão aquecendo água que está entrando a 35°C e saindo a 125°C, com uma vazão de 1 kg/s. O coeficiente global de transferência de calor do lado do gás é de 100 W/(m²·K). Nosso objetivo aqui é descobrir qual deve ser a área superficial no lado do gás, chamada de , para que essa troca de calor aconteça direitinho. Vamos usar o método ε-NTU para resolver isso, então vamos precisar entender bem esse método e aplicar passo a passo.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor ( ) que está sendo transferida para a água. A fórmula para isso é:
Onde:
  • é a vazão mássica da água (1 kg/s),
  • é o calor específico da água (4197 J/(kg·K)),
  • é a variação de temperatura da água ( ).
Então,

Passo 3

Agora que sabemos quanto calor está sendo transferido ( ), precisamos determinar a diferença média de temperatura ( ) entre os gases e a água ao longo do trocador de calor. Para isso, usamos a fórmula da diferença média logarítmica:
Onde:
  • ááí,
  • áíá.
Então,

Passo 4

Com a quantidade de calor ( ) e a diferença média de temperatura ( ) calculadas, podemos agora encontrar a área superficial necessária no lado do gás ( ) usando a fórmula:
Onde:
  • ,
  • .
Substituindo os valores:

Resposta

A área superficial necessária no lado do gás é de aproximadamente 34,07 metros quadrados.

Exercícios relacionados

  1. O ar escoa em regime permanente e de forma reversível em um difusor adiabático. Ele entra no dispositivo a uma pressão de , uma temperatura de e a uma velocidade de 180 . Se a velocidade de descarga for , pede-se:
    a) A temperatura de descarga
    b) A pressão de descarga
    c) A razão entre as áreas de descarga e de entrada.
5-104
O ar escoa através de um tubo a uma vazão de . O tubo consiste em duas seções de 22 cm e de 10 cm de diâmetro com uma seção de redução suave que as conecta. A diferença de pressão entre as duas seções do tubo é medida por um manômetro de água. Desprezando o atrito, determine a altura diferencial de água, , dada pela diferença de pressão entre as duas seções da tubulação. (Densidade do ar ).
A distância entre duas placas paralelas e horizontais é 5 mm . Um fluido viscoso (densidade, SG e viscosidade, ) escoa entre as placas com velocidade média de . Determine a queda de pressão deste escoamento por unidade de comprimento na direção do escoamento. Qual é a velocidade máxima deste escoamento?
A massa específica de um fluido varia linearmente em relação ao eixo num escoamento bidimensional e permanente, ou seja, ( é uma constante). Se o componente do vetor velocidade na direção é dado por , determine a expressão para .