44 - Vapor de água saturado deixa uma turbina a vapor a uma vazão de e a uma pressão de . O vapor deve ser completamente condensado em líquido saturado em um trocador de calor casco e tubos que usa água da rede pública como fluido frio. A água entra nos tubos, com paredes delgadas, a e deve deixá-los a . Supondo um coeficiente global de transferência de calor de , determine a área da superfície de transferência de calor necessária e a vazão de água. Após um longo período de operação, a deposição causa uma diminuição no coeficiente global de transferência de calor para , de modo que para condensar completamente o vapor deve haver uma redução na sua vazão. Para as mesmas temperaturas de entrada e vazão da água, qual é a nova vazão de vapor necessária para uma condensação completa?

a)Vamos aplicar comigo o balanço de energia para esse trocador de calor.

O calor perdido pelo fluido quente deve ser igual ao calor ganho pelo fluido frio, logo:

Para prosseguir, precisaremos obter alguns valores tabelados. Para a água quente a uma temperatura de saturação e pressão de , temos na tabela A.6, “Propriedades termo físicas da água saturada” os seguintes dados:

Calor de vaporização é:

Portanto, voltando a equação obtemos:

Agora, vamos precisar calcular a temperatura média do fluido frio, que pode ser obtida como:

Novamente, vamos obter as seguintes propriedades da água a na tabela A.6, “Propriedades termofísicas da água saturada” no livro.

Calor específico de fluido frio é:

Calcular a capacidade de calor do fluido frio como:

Vamos fazer uma substituição na equação usando a .

Substituindo pelos valores conhecidos, temos:

Portanto, a taxa de fluxo do fluido frio é .

Logo, a capacidade térmica do fluido frio é dada por:

Observe que temos a seguinte relação:

Dessa forma a taxa de capacidade térmica é dada como,

.

Temos que a eficácia é a razão entre a taxa real de transferência de calor e a taxa máxima de transferência de calor, como mostrado abaixo:

A taxa máxima de transferência de calor pode ser determinada de imediato pela expressão seguinte expressão.

Aqui, é a temperatura de entrada do fluido quente e é a temperatura de saída do fluido frio.

Substituindo pelos valores conhecidos, obtemos:

Temos que o NTU (número de unidades de transferência) é usado para calcular a taxa de transferência térmica em trocadores de calor. Fornecido por meio da seguinte equação:

Como nosso a equação se transforma em:

Substituindo pelo valor da eficácia, temos:

Agora que temos todos os dados, podemos obter a área por meio de uma outra expressão usada para achar , que segue abaixo:

Portanto, a área de superfície necessária para o trocador de calor é .

b)Agora, vamos repetir os passos anteriores, porém temos que diminuir o coeficiente de transferência de calor geral por conta das instruções do enunciado.

Agora, para encontramos o valor da eficácia vamos utilizar a equação .

Portanto a nova taxa de transferência de calor pode ser obtida usando a relação a seguir,

E por fim, a nova vazão mássica com incrustação pode ser obtida por meio da equação .

Portanto, a vazão de massa necessária para a condensação completa quando ocorre incrustação é .