Um trocador de calor de fluxo cruzado de único passe é utilizado para resfriar a água (
) de um motor diesel de
para
, usando ar (
) com temperatura de entrada de
. Ambos os escoamentos (de ar e de água) são não misturados. Considerando que as taxas de vazão mássica de água e ar são
, respectivamente, determine a diferença média logarítmica da temperatura, em
, para esse trocador de calor.
Resposta:
Resposta:
Passo 1
Vamos entender o que o exercício pede e quais informações temos. Temos um trocador de calor de fluxo cruzado de único passe que está resfriando água de
para
usando ar que entra a
. Precisamos encontrar a diferença média logarítmica de temperatura (
) desse trocador.
Para resolver, vamos usar os conceitos de transferência de calor e diferença média logarítmica de temperatura (LMTD). Precisamos calcular a quantidade de calor transferido e depois aplicar a fórmula da LMTD.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor que a água perde ao ser resfriada. A fórmula para a quantidade de calor (
) é:
onde:
-
é a taxa de vazão mássica, -
é a capacidade térmica específica, -
é a variação de temperatura.
Dados da água:
- Taxa de vazão mássica,
- Capacidade térmica,
- Variação de temperatura,
Primeiro, vamos converter a taxa de vazão mássica de água para kg/s:
Agora, calculamos a quantidade de calor:
Passo 3
Agora, vamos considerar o fluxo de ar que está absorvendo esse calor. A quantidade de calor ganha pelo ar deve ser igual à quantidade de calor perdida pela água (considerando que não há perdas).
Dados do ar:
- Taxa de vazão mássica,
- Capacidade térmica,
- Temperatura de entrada,
- Temperatura de saída,
Convertendo a taxa de vazão mássica de ar para kg/s:
Usando a conservação de energia:
Substituindo os valores:
Resolvendo para
:
Isso mostra que a temperatura do ar não aumenta significativamente, o que é esperado devido à alta taxa de vazão do ar em relação à água.
Passo 4
Agora, vamos calcular a diferença média logarítmica de temperatura (
). A fórmula geral para LMTD é:
onde:
-
é a diferença de temperatura na entrada, -
é a diferença de temperatura na saída.
Para um trocador de fluxo cruzado de único passe, podemos considerar as seguintes diferenças de temperatura:
Aplicando na fórmula:
Resposta
A diferença média logarítmica de temperatura para o trocador de calor é aproximadamente
.
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Resposta:
Resposta:
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.
Informações Adicionais:
-
. - Propriedades do etilenoglicol:
e - Propriedades da água:
g., 56 e - Utilize a tabela 6.4 abaixo para a análise de convecção natural.
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, originando um diâmetro
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, demonstre que o diâmetro terá que aumentar
.