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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 48

48 - Um trocador de calor de tubo duplo de parede fina em contracorrente deve ser usado para resfriar o óleo c p = 2200 J k g ⋅ K de 150   ° C a 50   ° C a uma taxa de 2,5   k g / s pela água c p = 4180 J k g ⋅ K que entra a 22   ° C a uma taxa de 1,5   k g / s . O diâmetro do tubo é de 2,5   c m , e seu comprimento é de 6   m . Determine o coeficiente global de transferência de calor desse trocador de calor.

Passo 1

Vamos calcular a taxa de transferência de calor do óleo quente é:

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

Onde:

m ˙ é a vazão mássica.

c p é o calor específico do óleo.

Substituindo pelos valores fornecidos, temos:

= 2,5   k g s × 2200 J k g ⋅ ℃     ( 150 - 22   ℃ )

Q ˙ = 550   k W

A quantidade de transferência de calor do óleo quente é igual ao calor ganho pela água fria

Portanto, a temperatura de saída da água é expressa como:

550 = 1,5   k g s × 4,18 J k g ⋅ ℃     ( T s a í d - 2 2   ℃ )

T s a í d = 109,72   ℃

A área total da superfície do tubo é calculada usando a expressão:

A = π D L

= π 0,025 6

A = 0,471   m 2

O coeficiente global de transferência de calor pode ser expresso como:

Q ˙ = U A i ∆ T l m

U = Q ˙ A i ∆ T l m

Passo 2

Como é um trocador de calor de contracorrente, a diferença de temperatura entre o óleo e a água nas duas extremidades é dada por:

∆ T 1 = T ó l e o , e n t r - T H 2 O , s a í d

= 150 - 109,72

∆ T 1 = 40,28   ℃

∆ T 2 = T ó l e o , s a í d - T H 2 O , e n t r

= 5 0 - 2 2

∆ T 2 = 28   ℃

A diferença de temperatura média adequada entre os dois fluidos é a diferença de temperatura média logarítmica que é determinada a partir de:

∆ T l m = ∆ T 1 - ∆ T 2 ln ⁡ ∆ T 1 ∆ T 2

∆ T l m = 40,28 - 28 ln ⁡ 40,28 28

∆ T l m = 3 3,77     ℃

Passo 3

Substituindo os valores conhecidos, o coeficiente geral de transferência de calor torna-se:

U = Q ˙ A i ∆ T l m

= 550 0,471 × 33,77

U = 34,578 k W m 2 ⋅ ℃

Resposta

U = 34,578 k W m 2 ⋅ ℃

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