Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 85
Água entra nos tubos de de diâmetro interno de um trocador de calor de tubo duplo em contracorrente a a uma taxa de . A água é aquecida pela condensação do vapor a do casco. Considerando que o coeficiente global de transferência de calor do trocador de calor é , determine o comprimento do tubo necessário a fim de aquecer a água a usando o método e método .
Passo 1
Dados fornecidos:
Diâmetro do tubo:
Calor específico da água:
Vazão mássica da água:
Temperatura de entrada da água:
Temperatura de saída da água:
Temperatura do vapor:
Coeficiente global de transferência de calor:
Entalpia de vaporização:
Premissas:
1) Existem condições operacionais estáveis.
2) O trocador de calor é bem isolado, de modo que a perda de calor para o ambiente é insignificante e, portanto, a transferência de calor do fluido quente é igual à transferência de calor para o fluido frio.
3) Alterações nas energias cinética e potencial das correntes de fluido são desprezíveis.
4) O coeficiente global de transferência de calor é constante e uniforme.
Passo 2
Fala galera!!!
a) Para calcular o comprimento do tubo pelo método , vamos começar calculando a taxa de transferência de calor. Podemos fazer isso usando a seguinte expressão:
Aqui, é a vazão mássica da água, é o calor específico da água, é a temperatura de entrada da água e é a temperatura de saída da água. Substituindo os termos da equação acima pelos dados fornecidos, temos:
Passo 3
Agora, vamos calcular a diferença de temperatura média logarítmica para um trocador de calor contracorrente. Podemos fazer isso usando a seguinte relação:
Onde, para um trocador de calor contracorrente a diferença de temperatura nas duas extremidades entre o vapor quente e a água fria é
e
Substituindo a na equação acima, temos:
Passo 4
Agora, vamos calcular o comprimento do tubo usando a equação para transferência de calor. Assim temos:
Onde é o coeficiente global de transferência de calor, é a temperatura média logarítmica, é a taxa de transferência de calor, é a área da superfície , é o diâmetro do tubo e é o comprimento do tubo. Substituindo os termos da equação acima pelos dados fornecidos, temos:
Portanto, o comprimento do tubo é .
Passo 5
b) Para calcular o comprimento do tubo pelo método , vamos começar calculando a taxa máxima de transferência da seguinte maneira:
Substituindo os termos da equação acima pelos dados fornecidos, temos:
Podemos calcular a efetividade do trocador de calor pela seguinte relação:
Aqui, é a taxa de transferência de calor calculada no passo 2. Substituindo os termos da equação acima pelos dados obtidos, temos:
Passo 6
Neste trocador de calor ocorre uma mudança de faze. Assim, temos que e consequentemente . Pela Tabela 11-5, para trocadores com é dada pela seguinte relação:
Temos também que:
Onde, . Substituindo, temos:
A área da superfície é dada pela seguinte expressão:
Substituindo, temos:
Substituindo os termos da equação acima pelos dados obtidos, temos:
Portanto, o comprimento do tubo é .
Resposta
a)
b)