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
.
Exercícios relacionados
Fenol e água, quando colocados em contato sob certas condições de temperatura e pressão, formam duas fases líquidas, uma mais leve ® rica em fenol e outra mais pesada (E) rica em água. A
, a fase líquida mais leve contém
de fenol (em massa) e a mais pesada contém
de fenol (em massa). Se
de fenol e
de água são colocados em íntimo contato a
, calcule as massas das duas fases líquidas após alcançado o equilíbrio. R: As massas das fases E e R são, respectivamente,
e
.
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 |
a) Calcule a vazão mássica de gás de escapamento quando a pressão de trabalho da água é de 1,0 bar.
b) Calcule a vazão mássica de gás de escapamento quando a pressão de trabalho da água é de 5,0 bar.
b) Calcule a vazão mássica de gás de escapamento quando a pressão de trabalho da água é de 5,0 bar.
Tubos de alumínio (
) de parede de
de espessura e diâmetro de 10 mm são utilizados no condensador de um ar-condicionado. Sob condições normais de operação, um coeficiente de troca de calor por convecção de
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a) Sabendo que os tubos não possuem aletas, calcule o coeficiente global de troca de calor deste condensador utilizando como referência a sua área externa em .
b) Após alguns anos de uso, mediu-se o coeficiente global de troca de calor deste condensador e foi obtido o valor de . Sabendo que esta alteração de valor se deu devido a incrustação interna dos tubos, calcule o valor do fator de incrustação em
. (OBS:
)
a) Sabendo que os tubos não possuem aletas, calcule o coeficiente global de troca de calor deste condensador utilizando como referência a sua área externa em
b) Após alguns anos de uso, mediu-se o coeficiente global de troca de calor deste condensador e foi obtido o valor de
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:
b) A % de água presente na lama após a filtração e secagem. R: 37,5%.
b) A % de água presente na lama após a filtração e secagem. R: 37,5%.