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 .
Sabendo que o ar entra no trocador de calor a uma taxa de
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
.