Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 45
45 - Um trocador de calor de dois fluidos apresenta temperaturas de entrada e de saída do fluido quente de e , e do fluido frio de e . Você pode dizer se este trocador está operando em contracorrente ou em paralelo? Determine a efetividade do trocador de calor.
Passo 1
Observe o desenho da distribuição de temperatura ao longo do trocador de calor em fluxo paralelo:
Passo 2
Agora, temos o desenho da distribuição de temperatura ao longo do trocador de calor no contra fluxo, como mostrado:
Aqui é a temperatura de entrada do fluido quente, é a temperatura de saída do fluido quente, é a temperatura de entrada do fluido frio e é a temperatura de saída do fluido frio.
Passo 3
a) Observe as condições de entrada e saída dos trocadores de calor em paralelo e contracorrente.
Se a temperatura de saída do fluido frio for maior que a temperatura de saída do fluido quente, a operação paralela ou contracorrente não será possível.
Nesse exercício, a temperatura de saída do fluido frio é menor que a temperatura de saída do fluido quente. Portanto, é possível a operação em contracorrente ou condição de fluxo paralelo. Logo, não podemos afirmar qual é o tipo de operação do trocador.
Passo 4
b) Agora vamos comigo fazer o balanço energético do fluido quente e frio.
O calor perdido pelo fluido quente é igual ao calor ganho pelo fluido frio, logo:
Aqui, é a taxa de transferência de calor, é a capacidade de calor do fluido quente, é a capacidade de calor do fluido frio e é a temperatura.
A expressão para capacidade de calor do fluido quente pode ser expressa como:
Aqui é a vazão mássica e é o calor específico.
Portanto, temos que a expressão para capacidade de calor do fluido frio é:
Passo 5
A taxa máxima de transferência de calor pode ser determinada de imediato pela expressão seguinte expressão.
A diferença de temperatura do fluido quente é e a diferença de temperatura do fluido frio é . Portanto, a taxa mínima de capacidade de calor será para o fluido quente.
Passo 6
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:
Substituindo pelos valores conhecidos, temos:
Portanto, a eficácia do trocador de calor é .
Resposta
a) Não podemos afirmar qual o modo de operação.
b)