Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 92
Água quente entra em um trocador de calor contracorrente com vazão mássica de a por um tubo de parede fina concêntrico, área superficial de e coeficiente global de transferência calor de . A água fria , a uma taxa de fluxo de massa de , entra no trocador de calor a . Determine a taxa de transferência de calor do trocador de calor e as temperaturas de saída dos fluidos frios e quentes. Se, após um período de operação, o coeficiente global de transferência de calor é reduzido para , determine o fator de incrustação que causou a redução no coeficiente global de transferência de calor.
Passo 1
Dador fornecidos:
Calor especifico da água quente:
Vazão mássica da água quente:
Temperatura de entrada da água quente:
Área superficial de transferência de calor:
Coeficiente global de transferência calor:
Calor especifico da água quente:
Vazão mássica da água quente:
Temperatura de entrada da água quente:
Coeficiente global de transferência calor:
Premissas:
1) Existe uma condição operacional estável.
2) O trocador de calor é bem isolado, de modo que a perda de calor para os arredores é insignificante.
3) As propriedades do fluido são constantes.
4) Alterações nas energias cinética e potencial de fluxos de fluido são desprezíveis.
Passo 2
a) Para resolver essa questão, temos que calcular as taxas de capacidade térmica dos fluidos quente e frio. Para o fluido quente (água), temos:
Para o fluido frio (água), temos:
Portanto, a menor das duas taxas de capacidade térmica é:
Temos também que a relação das taxas de capacidade é a seguinte:
Passo 3
Agora, vamos calcular o para este trocador de calor. Assim temos
Aqui, é o coeficiente global de transferência de calor e é a área da superfície de troca de calor. Substituindo os termos da equação acima pelos dados obtidos, temos:
Com os dados obtidos anteriormente, podemos calcular a efetividade para o trocador de calor. Pela tabela 11-4 a formula para o cálculo da efetividade do tocar de calor contracorrente é:
Substituindo os termos da equação acima pelos dados obtidos, temos:
Passo 4
Agora, vamos calcular a taxa real de transferência de calor para o trocador de calor usando a seguinte relação:
Portanto, a taxa de transferência de calor para o trocador de calor é .
Passo 5
b) Temos então, que a temperatura de saída da água fria pode ser calculada pela seguinte relação:
Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:
Portanto, a temperatura de saída da água fria é .
Passo 6
Temos então que a temperatura de saída da água quente pode ser calculada pela seguinte relação:
Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:
Portanto, a temperatura de saída da água quente é .
Passo 7
c) Podemos calcular o fator de incrustação que causou a redução no coeficiente global de transferência de calor usando a seguinte relação:
Aqui, é o coeficiente global de transferência de calor antes da operação, é o coeficiente global de transferência de calor após a operação. Substituindo os termos da equação acima pelos dados fornecidos, temos:
Portanto, o fator de incrustação que causou a redução no coeficiente global de transferência de calor é .
Resposta
a)
b)
c)