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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 57

Ar ( c p = 1005   J / k g ⋅ K ) deve ser preaquecido por gases quentes em um trocador de calor de escoamento cruzado antes de entrar em um forno. O ar entra no trocador de calor a 95 kPa e 20 °C, a uma taxa de 0,8   m 3 / s . Gases de combustão ( c p = 1 1 0 0   J / k g ⋅ K ) entram a 180 °C a uma taxa de 1,1 kg/s e saem a 95 °C. O produto do coeficiente global de transferência de calor e da superfície de transferência de calor é U A s = 1200   W / K . Considerando ambos os fluidos sem mistura, determine a taxa de transferência de calor e a temperatura de saída do ar.

Passo 1

Vamos começar calculando a taxa de transferência de calor. Esta conta é bem simples. Basta usarmos a seguinte relação:

Q ˙ = m ˙ c p T h , e n t r a d a - T h , s a í d a

Agora, só substituirmos os valores das constantes corretamente, utilizando os dados do fluido quente (os gases de combustão). Portanto,

Q ˙ = 1,1 ⋅ 1100 ⋅ 180 - 95 = 102,85   k W

E assim finalizamos uma parte da questão!

Passo 2

Após descobrirmos a taxa de transferência de calor, podemos calcular a temperatura de saída do ar. Para isto, basta lembrarmos da seguinte relação:

Q ˙ = m ˙ c p T c , s a í d a - T c , e n t r a d a

Portanto,

T c , s a í d a = T c , e n t r a d a + Q ˙ m ˙ c p

Ainda nos falta calcular a vazão mássica do ar. Utilizando a lei dos gases, temos:

m ˙ = P V ˙ R T = 95 ⋅ 10 3 ⋅ 0,8 287 ⋅ 293 = 0,904   k g / s

Muito cuidado com as unidades. Continuando, temos a seguinte temperatura de saída:

T c , s a í d a = 20 + 102850 0,904 ⋅ 1005 = 133,2   ° C

Resposta

A taxa de transferência de calor é:

Q ˙ = 102,85   k W

A temperatura de saída do ar é:

T c , s a í d a = 133,2   ° C

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