Um trocador de calor de fluxo cruzado é composto por 1200 tubos em uma disposição de 40x30 tubos. Cada tubo possui de comprimento e 70 mm de diâmetro, com paredes finas. O fluido quente, que passa internamente aos tubos, é vapor saturado, que condensa a aproximadamente 400 K . O coeficiente de troca de calor por convecção do vapor é muito maior do que o coeficiente de troca de calor por convecção do ar, que flui do lado externo dos tubos e pode ser aproximado por .
Sabendo que o ar entra no trocador de calor a uma taxa de e a uma temperatura de 300 K , e seu calor específico pode ser aproximado por , calcule:
a) O coeficiente global de troca de calor deste trocador em .
b) O NTU deste trocador de calor.
c) A efetividade deste trocador de calor.
d) A temperatura de saída do ar que refrigera os tubos, em K .

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo. Temos um trocador de calor de fluxo cruzado com várias características específicas. A matéria envolvida aqui é transferência de calor em trocadores de calor, e para resolver essa parte do exercício (a), vamos precisar calcular o coeficiente global de troca de calor. Para isso, vamos usar algumas fórmulas básicas de transferência de calor e entender como os coeficientes de convecção internos e externos influenciam no coeficiente global.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar os coeficientes de transferência de calor disponíveis. O exercício nos diz que o coeficiente de troca de calor por convecção do vapor dentro dos tubos é muito maior que o do ar externo, que é dado por . Como (o coeficiente interno) é muito grande, podemos considerar que é praticamente zero.

Passo 3

O coeficiente global de troca de calor para troca de calor por convecção pode ser calculado pela fórmula:
Como é quase zero, a equação simplifica para:

Passo 4

Agora, resolvendo para :
Substituindo o valor de :

Resposta

O coeficiente global de troca de calor deste trocador é aproximadamente .

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Água flui a uma vazão de por um trocador de calor do tipo casco-e-tubo com duas passagens por casco e 8 passagens por tubo, e é aquecida de a . Simultaneamente, gases de escapamento ( ) passam por este trocador entrando a e saindo a . As propriedades da água em algumas condições são dadas na tabela a seguir
Estado Físico
1,0 334,00 Líquido
5,0 336,70 Líquido
1,0 2776,3 Gás
5,0 632,25 Líquido
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b) Calcule a vazão mássica de gás de escapamento quando a pressão de trabalho da água é de 5,0 bar.
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Uma lama de talco contém em massa de água. da água é removida por filtração e secagem, o que faz reduzir a massa de lama em . Calcule:
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