Trocadores de calor são equipamentos empregados para implementar a troca de calor entre 2 fluidos ou mais, sujeitos a diferentes temperaturas. Alguns exemplos de trocadores de calor são aquecedores, caldeiras, resfriadores, condensadores, evaporadores, torres de refrigeração e radiadores. Em umi projeto de trocador de calor, podemos fazer uma análise térmica, e assim calcular a área requerida para a troca térmica, dadas as condições de escoamento e temperatura dos fluidos. Em uma indústria, quer se resfriar óleo de máquina de
para
em um trocador de calor tubular concêntrico de passe único, operando em contracorrente, resfriado por água a
que sai a
. A água flui dentro de um tubo e o óleo flui através do espaço anular a uma vazão mássica de
. As resistências térmicas da parede e das incrustaçōes são desprezíveis. Considere os calores específicos da água
e do óleo
, o Coeficiente Global de Troca de Calor (
)
. C e a diferença de temperatura entre os fluidos
. Determine:
a) A vazão mássica de água (2 pontos)
a) A vazão mássica de água (2 pontos)
Passo 1
Beleza, vamos resolver essa questão sobre trocadores de calor! O enunciado fala sobre resfriar óleo de máquina de 80°C para 50°C usando água como fluido refrigerante em um trocador de calor tubular concêntrico de passe único em contracorrente. Precisamos descobrir a vazão mássica de água que vai fazer esse resfriamento acontecer. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor e a equação básica do trocador de calor.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a quantidade de calor que o óleo perde deve ser igual à quantidade de calor que a água ganha. A fórmula básica para calcular o calor transferido é:
Onde:
-
é o calor transferido, -
é a vazão mássica, -
é o calor específico, -
é a variação de temperatura.
Passo 3
Vamos calcular o calor que o óleo está perdendo. Sabemos que:
- Vazão mássica do óleo,
, - Calor específico do óleo,
, - Variação de temperatura do óleo,
.
Então,
Passo 4
Agora, sabemos que a água vai ganhar esse calor. Vamos chamar a vazão mássica da água de
. Os dados da água são:
- Calor específico da água,
, - Variação de temperatura da água,
.
Usando a mesma fórmula:
Como
:
Passo 5
Agora, vamos resolver para
:
Resposta
A vazão mássica de água necessária para resfriar o óleo é aproximadamente 0,08 kg/s.