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 80^circ C para 50^circ C em um trocador de calor tubular concêntrico de passe único, operando em contracorrente, resfriado por água a 20^circ C que sai a 50^circ C. A água flui dentro de um tubo e o óleo flui através do espaço anular a uma vazão mássica de m=0,16 kg / s. As resistências térmicas da parede e das incrustaçōes são desprezíveis. Considere os calores específicos da água 4.180 J / kg ^circ C e do óleo 2.090 J / kg ^circ C, o Coeficiente Global de Troca de Calor ( U ) 74,07 W / m^2. C e a diferença de temperatura entre os fluidos De. Determine:
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:
Q = m cdot cp cdot De
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, Qó<=o = mó<=o cdot cp, ó<=o cdot Deó,
  • Calor específico do óleo, Qó<=o = 0,16 , kg/s cdot 2.090 , J/kg°C cdot 30°C ó,
  • Variação de temperatura do óleo, Qó<=o = 10.032 , J/s ó.
Então,
Qó<=o = 10.032 , W óóóó
ó
ó
ó

Passo 4

Agora, sabemos que a água vai ganhar esse calor. Vamos chamar a vazão mássica da água de Qágua = mágua cdot cp, água cdot Deá. Os dados da água são:
  • Calor específico da água, 10.032 , W = mágua cdot 4.180 , J/kg°C cdot 30°C á,
  • Variação de temperatura da água, á.
Usando a mesma fórmula:
áááá
Como óá:
á

Passo 5

Agora, vamos resolver para mágua = 10.032 , W4.180 , J/kg°C cdot 30°C á:
mágua = 10.032125.4 á
mágua approx 0,08 , kg/s á
á

Resposta

A vazão mássica de água necessária para resfriar o óleo é aproximadamente 0,08 kg/s.

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