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
é associado à condensação que ocorre dentro dos tubos enquanto que um coeficiente
K é mantido através de fluxo forçado no lado externo dos tubos.
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
Passo 1
Vamos resolver um exercício sobre troca de calor em tubos de alumínio utilizados no condensador de um ar-condicionado. O problema está dividido em duas partes:
a) Calcular o coeficiente global de troca de calor do condensador usando a área externa como referência.
b) Determinar o fator de incrustação quando o coeficiente global de troca de calor diminui devido ao uso.
Para resolver, vamos precisar aplicar conceitos de transferência de calor por condução e convecção, além de usar a fórmula do coeficiente global de troca de calor para sistemas em série.
Passo 2
Parte a: Cálculo do coeficiente global de troca de calor (U)
Primeiro, vamos identificar as resistências térmicas presentes no sistema:
-
Resistência por convecção interna (
): Onde:-
(coeficiente de convecção interno) -
é a área interna do tubo.
-
-
Resistência por condução através da parede do tubo (
): Onde:-
(diâmetro externo) -
(diâmetro interno) -
(condutividade térmica do alumínio) -
é o comprimento do tubo (iremos ver que se cancela na fórmula final).
-
-
Resistência por convecção externa (
): Onde:-
(coeficiente de convecção externo) -
é a área externa do tubo.
-
Como estamos calculando o coeficiente global com referência à área externa, a soma das resistências térmicas divididas pela área externa será:
Substituindo as áreas:
Assim, a expressão simplificada fica:
Passo 3
Vamos substituir os valores numéricos na fórmula:
Calculando cada termo:
- Termo de convecção interna:
- Termo de condução:
- Termo de convecção externa:
Somando os termos:
Agora, invertendo para encontrar U:
Passo 4
Parte b: Cálculo do fator de incrustação
Foi medido que, após alguns anos, o coeficiente global de troca de calor diminuiu para
. Queremos calcular o fator de incrustação (
) que representa a resistência adicional causada pela incrustação interna.
A nova resistência total será:
Isolando
:
Convertendo para
:
Resposta
a) O coeficiente global de troca de calor do condensador é aproximadamente
.
b) O fator de incrustação é
.
Exercícios relacionados
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 .
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
.
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%.
Um trocador de calor de tubos concêntricos para lubrificação de óleo consiste de um tubo interno de paredes finas de 25 mm de diâmetro, que transporta água, e um tubo externo, de 45 mm de diâmetro, que transporta óleo. O trocador opera em contrafluxo com um coeficiente global de troca de calor de
, com as propriedades tabeladas ao lado.
Tanto o óleo quanto a água fluem à vazão mássica de . A temperatura de entrada do óleo é de
, enquanto a água entra no sistema a
.
Tanto o óleo quanto a água fluem à vazão mássica de
Propriedades | Água | Óleo |
---|---|---|
|
1000 | 800 |
|
4200 | 1900 |
|
|
|
|
0,64 | 0,134 |
|
4,7 | 140 |
a) A quantidade de calor trocada entre os fluidos no trocador de calor.
b) A temperatura de saída da água.
c) O comprimento deste trocador de calor.
b) A temperatura de saída da água.
c) O comprimento deste trocador de calor.