Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 8º - Capítulo 1.Problemas - Ex. 33
33 – Aproximadamente 40% de água que é bombeada nos Estados Unidos é usada para resfriamento em plantas de geração de potência. Quantidades suficientes de água pode não estar disponível em regiões áridas, necessitando do uso de condensadores refrigerados a ar. Considere a plante potência a as condições de operação do Exemplo 1.7, mas com o condensador de água da planta substituído por um condensador de ar. A resistência térmica do lado frio pode ser aproximada com RT,f=1/(hfA), onde hf é o coeficiente de transferência de calor por convecção e A é a área de troca térmica do condensador. A área de troca térmica do condensador de ar é 10 vezes maior do que a área de troca térmica do condensador de água, e o coeficiente de transferência de calor da água é 25 vezes maior do que para o ar. Determine a eficiência modificada e a potência de saída da planta com um condensador de ar. Sabendo que o custo do condensador é proporcional a área de transferência de calor, o maior custo do condensador resfriado a ar é compensado por uma melhor eficiência e/ou potência de saída da planta de potência com resfriamento a ar? Assumir condições limpas (sem incrustações).
Passo 1
Vamos aqui neste exercício refazer o exemplo 1.7 do Incropera, 8ª ed., cap.1, avaliando de forma diferente o uso de um condensador de ar ao invés de um condensador de água.
Também vamos fazer uma avaliação comparativa da viabilidade econômica e técnica dos resultados obtidos aqui neste problema com o exemplo 1.7.
Passo 2
Vamos pegar os dados do exemplo 1.7:
Transferência de calor fornecida pela combustão do carvão e temperatura de chama
Temperatura de rejeição de calor no condensador:
Resistências térmicas totais no lado frio e quente da planta, condensador e caldeira, respectivamente, para condições limpas (sem incrustações) são
Sob condições de não incrustação, a eficiência modificada e a potência de saída encontrada foram:
Mas para esse exercício a resistência total do lado frio, que é a resistência térmica total referente ao condensador, é diferente, pois agora temos o ar como fluido de trabalho do condensador e a expressão para a RT,f é agora
Foi dito no enunciado que ACond,ar=10ACond,água e hágua=25har. Vamos descobrir a nova resistência total do lado frio que é a única modificação deste projeto para o outro.
Passo 3
Expressando a resistência total do lado frio para o condensador de água
Assim,
E para o condensador de ar:
Como foi informado
Logo,
Assim,
Substituindo essa relação
Calculando a nova RT,f
Passo 4
Eficiência modificada da planta:
Calculando a nova eficiência modificada
A RT,q não se altera deste projeto para o outro, pois não houve modificação na caldeira só trocou o condensador...
Assim,
Passo 5
Potência de saída da planta:
A nova potência de saída, agora com o condensador de ar
Passo 6
Como foi dito no enunciado, o custo do condensador, CCond é proporcional a sua Acond, assim para um condensador de ar teremos um custo 10x maior na aquisição deste equipamento do que para um condensador de água. Vamos comparar, então, os resultados usando o condensador de água com o uso de um condensador de ar:
Para o condensador de água
Ambos a eficiência e a potência gerada são menores com o condensador de ar, portanto substituir um condensador de água por um condensador de ar, não é viável economicamente, pois além do custo mais alto do condensador de ar, há também uma menor receita obtida com uma menor geração de potência.
No entanto, quando for o caso de regiões áridas com escassez de água, como é o caso deste problema, aplicar um condensador resfriado a ar ao invés de um condensador de água, acaba sendo a escolha mais viável, devido a falta do insumo.