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:
-
, -
.
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.